CN114355154A - 一种基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及飞机航电系统测试技术领域，具体为一种基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统及方法，系统包括：高频电路模块，还包括：电磁扫描仪，与高频电路模块连接，用于实时采集扫描高频电路模块的电磁信息；频谱仪，与电磁扫描仪连接，用于采集频谱图像采集；电磁信息分析模块，与频谱仪连接，用于将频谱仪采集到频谱图像进行出处理；直流电源，用于为高频电路模块供电。本发明提高了高频电路模块组装工艺的可控性，并提高了电路模块的质量和可靠性，从而缩短了电子装备生产周期，进而提高了高频电路模块产品质量和可靠性。

Description

一种基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统及方法

技术领域

本发明涉及飞机航电系统测试技术领域，具体为一种基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统及方法。

背景技术

随着无线电电子对抗技术和数字通信技术的发展，机上无线电通信导航产品日益增多，中高频电路板的数字化、高集成度、模块化的特征也越来越明显，大幅度提升了飞机的作战性能，同时也使得高频电路模块的测试与维修越来越困难。

目前没有高频模块电磁测试的方法和手段，调试高频电路模块、或者查找电路故障的时候，传统的工具包括示波器、网络分析仪、以及频域的频谱分析仪等设备。但这些手段都无法给出一个反映高频电路模块整体信息的数据。时域的设备，只能观察一个或者有限的几个信号的时域波形；频域设备也只能给出某个位置点的一个频率段的频谱数据。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统及方法。通过在非接触情况下，测试获取电路模块产生的完整的电磁场信息(频率点、瞬态干扰、辐射强度、分布区域)，形成电流在PCB上空间分布的视觉图像，呈现电路模块完整频信息和云图信息。通过对比分析待测的高频电路模块与标准电路模块云图之间的差异，查找异常频率点问题，为分析定位电路板故障提供参考依据。以达到既可以快速检测出高频模块中存在的物理故障，又可以快速检测出其中存在的焊接缺陷的目的。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统，包括高频电路模块，还包括：

电磁扫描仪，与高频电路模块连接，用于实时采集扫描高频电路模块的电磁信息；

频谱仪，与电磁扫描仪连接，用于采集频谱图像采集；

电磁信息分析模块，与频谱仪连接，用于将频谱仪采集到频谱图像进行出处理；

直流电源，用于为高频电路模块供电。

优选的，所述直流电源外接有电压检测模块、电流限制模块以及切换开关。

一种应用基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统的方法，具体步骤如下：

(一)通过电磁扫描仪对加电状态下的标准电路模块、加电状态下待测的高频电路模块分别扫描，得到相应的频谱图，并将得到的频谱图存入数据库中；

(二)从数据库中选定某一待测的高频电路模块，将其与对应的标准的频谱图进行对比，得到频谱差图；

(三)设置异常频率幅值对比阈值，判断是否得到待测的高频电路模块的异常频率点，若有，则将异常频率点存入数据库，若没有，则该待测的高频电路模块无故障；

(四)读取异常频率点，根据异常频率点完成待测的高频电路模块和对应的标准电路模块的云图扫描，将待测的高频电路模块和标准电路模块的云图进行对比，得到标准板和待测板的云图差图，将该云图差图信息存入数据库；

(五)设置云图差图选择阈值，经过阈值选择后得到阈值图像，再通过图像处理，将阈值图像的异常区域标记为白色，使异常区域更容易分辨，然后标绘出异常区域的边界；

(六)根据各异常区域坐标范围和器件坐标确定该区域内的器件，同时将标有异常区域的阈值图像和器件信息存入数据库，使待测的高频电路模块上异常区域和故障器件对应起来，得到故障器件列表。

进一步地，步骤(二)中频谱差图的获取的具体过程为：

(a)首先创建与频谱图图像大小、格式相同的新图像；

(b)将待测的高频电路模块和标准电路模块对应像素值的三个像素分量分别做差；

(c)所得结果设为新图像的像素值，新图像为标准电路模块和待测的高频电路模块对比后的频谱差图。

进一步地，步骤(四)中云图差图的获取的具体过程为：

(s1)首先针对异常频率点通过电磁扫描仪完成标准电路模块和待测的高频电路模块的云图扫描；

(s2)创建与云图图像大小、格式相同的新图像，遍历两幅云图图像获取像素值；

(s3)把每两个对应像素的三个分量分别做差，得到的结果设为新图像的像素值，新图像为标准电路模块和待测的高频电路模块的云图对比后的云图差图。

进一步地，步骤(四)中的云图对比阈值的范围为0-255。

进一步地，步骤(六)中确定异常区域器件列表的具体过程为：

(S1)首先根据电子电路模块设计文件，进行电子电路模块的仿真，把电子电路模块设计文件中的器件坐标，转换成像素坐标；

(S2)判断该坐标处的像素值是否为白色，若为白色，则该器件处于故障区域，把该器件加入故障器件列表；

(S3)获得该频率下所有故障器件，同时将标有异常区域阈值图像和器件信息存入数据库，使待测的高频电路模块的异常区域和故障器件对应起来，得到故障器件列表，供检测人员针对每个故障器件进行具体分析。

本发明的有益效果是：

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明由于是对电子电路的电磁辐射进行扫描，通过分析待测板与标准板电磁辐射的异同来检测电子电路的故障，可以快速检测出电子电路板中各种物理缺陷的故障器件，解决了自动光学检测技术不能检测出不可见焊点故障的技术问题。

2、本发明由于是对电子电路的电磁辐射进行扫描，通过分析待测板与标准板电磁辐射的异同来检测电子电路的故障，可以快速检测出电子电路板中各种物理缺陷的故障器件，克服了自动X光检测技术不能检查器件位置错误的缺陷，以及克服了检测不出器件方向放置不正确的问题。

3、本发明由于通过分析待测板与标准板电磁辐射的异同来检测电子电路的故障，可以快速检测出电子电路板中电气缺陷的故障器件，而自动光学检测和自动X光检测都不能测试出电子电路电气性能方面的缺陷和故障。

4、本发明由于对加电状态下的高频电路模块故障的非接触式快速检测，可对各种高频电路模块板进行检测，而在线检测技术因“接触受限”，不能完全适应当今高频电路模块制造技术发展的需要；本发明具有非接触式快速检测的优点。

因此，综上，本发明提高了高频电路模块组装工艺的可控性，并提高了电路模块的质量和可靠性，从而缩短了电子装备生产周期，进而提高了高频电路模块产品质量和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明中检测系统的结构框图；

图2为本发明中异常频率点的检测流程图；

图3为本发明中频谱图的对比流程图；

图4为本发明中异常区域的识别流程图；

图5为本发明中疑似故障器件的定位流程图。

图中：1、供电系统；2、切换开关；3、电压检测模块；4、电流限制模块；5、直流电源；6、高频电路模块；7、电磁扫描仪；8、频谱仪；9、电磁信息分析模块。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。

如图1所示，一种基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统，由被测对象和测试部分组成。

其中被测对象包括高频电路模块6，上述高频电路模块6的内部设有专用的供电系统1，能够将外部输入的电源转为芯片供电电源。

测试部分包括电磁扫描仪7、频谱仪8、电磁信息分析模块9、直流电源5、电流限制模块4、电压检测模块3、切换开关2。

所述电磁扫描仪7由阵列探头组成，可以实时扫描电磁模块电磁信息；所述频谱仪8负责频谱图像采集，并传至电磁信息分析模块9中；所述电磁信息分析模块9负责将频谱仪采集的频谱图像进行处理；所述直流电源5通过切换开关2控制开关，负责对高频电路模块6供电，与高频电路模块6中的供电系统1连接，并与电流限制模块4、电压检测模块3连接，所述电流限制模块4用于电流采集，并传输至上位机进行处理；所述电压检测模块3用于电压采集，并传输至上位机进行处理。

如图2至图5所示，一种应用基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统的方法，通过频谱分析确定待测的高频电路模块6的异常频率点，再通过云图分析确定待测的高频电路模块6的异常区域，然后根据待测的高频电路模块6的异常区域确定待测的高频电路模块6的故障器件。具体步骤如下：

(一)通过电磁扫描仪7对加电状态下的标准电路模块、加电状态下待测的高频电路模块6分别扫描，得到相应的频谱图，并将得到的频谱图存入数据库中。

步骤(一)中的存入工作由人工完成，待测的高频电路模块6和标准电路模块的扫描均是单面扫描；若待测的高频电路模块6正反两面都有器件时，电磁扫描仪7要对待测的高频电路模块6正反两面分别进行扫描。

(二)从数据库中选定某一待测的高频电路模块6，将其与对应的标准的频谱图进行对比，得到频谱差图。

(三)设置异常频率幅值对比阈值，判断是否得到待测的高频电路模块6的异常频率点，若有，则将异常频率点存入数据库，若没有，则该待测的高频电路模块6无故障。

步骤(二)中频谱差图的获取的具体过程为：首先创建与频谱图图像大小、格式相同的新图像；将待测的高频电路模块6和标准电路模块对应像素值的三个像素分量分别做差；所得结果设为新图像的像素值，新图像为标准电路模块和待测的高频电路模块6对比后的频谱差图。

从频谱差图中可以很直观的看出异常频率范围，并能够根据用户设置的异常频率幅值对比阈值，快速计算出待测的高频电路模块6的异常频率点。

(四)读取异常频率点，根据异常频率点完成待测的高频电路模块6和对应的标准电路模块的云图扫描，将待测的高频电路模块6和标准电路模块的云图进行对比，得到标准板和待测板的云图差图，将该云图差图信息存入数据库。

步骤(四)中云图差图的获取的具体过程为：首先针对异常频率点通过电磁扫描仪7完成标准电路模块和待测的高频电路模块6的云图扫描；创建与云图图像大小、格式相同的新图像，遍历两幅云图图像获取像素值；把每两个对应像素的三个分量分别做差，得到的结果设为新图像的像素值，新图像为标准电路模块和待测的高频电路模块6的云图对比后的云图差图。

得到的云图差图为彩色图像，其上每个像素点的三个像素分量都是标准电路模块和待测的高频电路模块6的云图对应像素点三个像素分量的差值，这样云图差图中每个异常区域都是基于标准电路模块的云图对应区域，使获得的异常区域准确度很高。

(五)设置云图差图选择阈值，经过阈值选择后得到阈值图像，再通过图像处理，将阈值图像的异常区域标记为白色，使异常区域更容易分辨，然后标绘出异常区域的边界。

步骤(五)中设置的云图对比阈值的范围为0-255，如果像素值的三个分量有两个分量大于阈值，则保留该处像素值，否则该点像素值设为(0，0，0)，这样经过阈值选择后得到阈值图像。

经过阈值选择得到的阈值图像可以很直观的看出待测电路板异常区域，阈值图像中白色区域即为电路板异常区域，并能很快获得异常区域每个像素的坐标值，为检测故障器件做好准备。

(六)根据各异常区域坐标范围和器件坐标确定该区域内的器件，同时将标有异常区域的阈值图像和器件信息存入数据库，使待测的高频电路模块6上异常区域和故障器件对应起来，得到故障器件列表。

步骤(六)中的确定异常区域器件列表，是首先根据电子电路模块设计文件，进行电子电路模块的仿真，把电子电路模块设计文件中的器件坐标，转换成像素坐标，然后判断该坐标处的像素值是否为白色，如果为白色，则该器件处于故障区域，把该器件加入故障器件列表，由此，可获得该频率下所有故障器件，同时将标有异常区域阈值图像和器件信息存入数据库，使待测板异常区域和故障器件对应起来，得到故障器件列表，供检测人员针对每个故障器件进行具体分析。

根据异常区域坐标范围和电子电路板设计文件中的器件坐标，可以很快判断出电子电路板每个器件是否在异常区域内，从而快速得到电子电路板故障器件列表。

本发明通过应用电磁扫描技术以及通过上述步骤实现对加电的待测的高频电路模块进行非接触式检测，可快速检测出待测的高频电路模块6中存在的物理缺陷和电气缺陷，使组装质量评价准确率大于90％，可检测组装焊点类型覆盖率大于80％，包括器件下方的不可见焊点。

有效地解决了某些检测技术不能检测出不可见焊点故障，不能检查器件位置错误和检测不出器件方向放置不正确等技术问题。实现了非接触式快速检测，提高了高频电路模块组装工艺的可控性，提高了电路模块质量和可靠性，从而缩短了电子装备生产周期，进而提高了高频电路模块产品的质量和可靠性。减轻了检测工作量，提高了检测工作效率。可用于电装行业的高频电路模块组装过程中检测和其它的故障检测。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统，包括高频电路模块(6)，其特征在于：还包括：

电磁扫描仪(7)，与高频电路模块(6)连接，用于实时采集扫描高频电路模块(6)的电磁信息；

频谱仪(8)，与电磁扫描仪(7)连接，用于采集频谱图像采集；

电磁信息分析模块(9)，与频谱仪(8)连接，用于将频谱仪(8)采集到频谱图像进行出处理；

直流电源(5)，用于为高频电路模块(6)供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统，其特征在于：所述直流电源(5)外接有电压检测模块(3)、电流限制模块(4)以及切换开关(2)。

3.一种应用权利要求1至2中任一项所述的基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统的方法，其特征在于：具体步骤如下：

(一)通过电磁扫描仪(7)对加电状态下的标准电路模块、加电状态下待测的高频电路模块(6)分别扫描，得到相应的频谱图，并将得到的频谱图存入数据库中；

(二)从数据库中选定某一待测的高频电路模块(6)，将其与对应的标准的频谱图进行对比，得到频谱差图；

(三)设置异常频率幅值对比阈值，判断是否得到待测的高频电路模块(6)的异常频率点，若有，则将异常频率点存入数据库，若没有，则该待测的高频电路模块(6)无故障；

(四)读取异常频率点，根据异常频率点完成待测的高频电路模块(6)和对应的标准电路模块的云图扫描，将待测的高频电路模块(6)和标准电路模块的云图进行对比，得到标准板和待测板的云图差图，将该云图差图信息存入数据库；

(五)设置云图差图选择阈值，经过阈值选择后得到阈值图像，再通过图像处理，将阈值图像的异常区域标记为白色，使异常区域更容易分辨，然后标绘出异常区域的边界；

(六)根据各异常区域坐标范围和器件坐标确定该区域内的器件，同时将标有异常区域的阈值图像和器件信息存入数据库，使待测的高频电路模块(6)上异常区域和故障器件对应起来，得到故障器件列表。

4.根据权利要求3所述的一种应用基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统的方法，其特征在于：步骤(二)中频谱差图的获取的具体过程为：

(a)首先创建与频谱图图像大小、格式相同的新图像；

(b)将待测的高频电路模块(6)和标准电路模块对应像素值的三个像素分量分别做差；

(c)所得结果设为新图像的像素值，新图像为标准电路模块和待测的高频电路模块(6)对比后的频谱差图。

5.根据权利要求3所述的一种应用基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统的方法，其特征在于：步骤(四)中云图差图的获取的具体过程为：

(s1)首先针对异常频率点通过电磁扫描仪(7)完成标准电路模块和待测的高频电路模块(6)的云图扫描；

(s2)创建与云图图像大小、格式相同的新图像，遍历两幅云图图像获取像素值；

(s3)把每两个对应像素的三个分量分别做差，得到的结果设为新图像的像素值，新图像为标准电路模块和待测的高频电路模块(6)的云图对比后的云图差图。

6.根据权利要求3所述的一种应用基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统的方法，其特征在于：步骤(四)中的云图对比阈值的范围为0-255。

7.根据权利要求3所述的一种应用基于电磁扫描技术的高频电路模块检测系统的方法，其特征在于：步骤(六)中确定异常区域器件列表的具体过程为：

(S1)首先根据电子电路模块设计文件，进行电子电路模块的仿真，把电子电路模块设计文件中的器件坐标，转换成像素坐标；

(S2)判断该坐标处的像素值是否为白色，若为白色，则该器件处于故障区域，把该器件加入故障器件列表；

(S3)获得该频率下所有故障器件，同时将标有异常区域阈值图像和器件信息存入数据库，使待测的高频电路模块(6)的异常区域和故障器件对应起来，得到故障器件列表，供检测人员针对每个故障器件进行具体分析。

Images