CN203643567U - 基于霍尔传感器列阵的pcb短路检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及故障检测技术领域，公开了基于霍尔传感器列阵的PCB检测装置。包括：检测台、霍尔列阵固定板、多个霍尔传感器、旋转轮、步进电机、上位分析机、激励信号源产生器；其中，检测台与霍尔列阵固定板通过固定支架连接；霍尔列阵固定板上设置有多个网格，每一网格交点都固定一个由传送带连接成一行的旋转轮，旋转轮上固定有霍尔传感器，多个霍尔传感器组成霍尔传感器列阵；步进电机与传送带连接，固定在霍尔列阵固定板上；上位分析机与霍尔传感器列阵上各霍尔传感器通信连接；所述激励信号源产生器与所述检测台连接。应用该方案可解决多个地方出现故障时准确判断故障位置，提高检测的效率，降低成本与制作工艺。

Description

基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置

技术领域

本实用新型涉及故障检测技术领域，特别涉及一种基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置。

背景技术

随着大规模集成电路技术的发展，各种电子设备的结构越来越精密复杂，印制电路板（PCB）的集成化程度也越来越高。在PCB印制的过程上，必然涉及PCB的故障检测，利用传统的机械探针对电路板进行接触式检测，已越来越难以满足实际的需要，一般情况下很难依靠人的感官和经验把故障因素检查出来。而基于磁场映像的故障诊断技术渐渐被人们所重视。

由于电路板在通电激励状态下，线路上的电流及被磁化的电路板元器件如电阻、集成芯片等都将产生电磁辐射，在空间形成特定的磁场。电路的磁场分布特性与电路的电流分布特性，具有一一对应关系。当电路板某元器件或线路出现故障时，必引起电流的大小和方向发生变化，而电路板近场区内任何点处的磁场强度主要取决于电流的大小及其分布情况，从而使得其近场磁场分布也同时发生相应的改变。通过检测电路或系统工作时的磁场分布情况来判断电路板的工作状态，就能够实现对电路板非接触式的检测与诊断，这种根据检测电路近场磁场分布状态，从而实现对电路板的故障诊断的技术，称之为基于磁场映像的故障诊断技术。

目前的基于磁场映像的故障诊断技术中，采用H场探头配合频谱分析仪的形式实现磁场映像的获取（采用此种方法的成本较高），或有的采用单个霍尔传感器进行磁场映像的获取，由于霍尔传感器只能测量单个方面的磁场强度，在检测时检测人员需要对熟悉该被检测的电路结构，检测效率低下，而且无法解决多个地方出现故障时难以准确判定位置的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置，应用该技术方案可以解决多个地方出现故障时准确判断故障位置，提高检测的效率，降低成本与制作工艺。

本实用新型实施例提供了基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置，包括：检测台、霍尔列阵固定板、多个霍尔传感器、旋转轮、步进电机、上位分析机、激励信号源产生器；其中，所述检测台与所述霍尔列阵固定板通过固定支架连接；所述霍尔列阵固定板上设置有多个网格，每一所述网格交点都固定一个由传送带连接成一行的旋转轮，所述旋转轮上固定有霍尔传感器，多个所述霍尔传感器组成霍尔传感器列阵；；所述步进电机与所述传送带连接，固定在所述霍尔列阵固定板上；所述上位分析机与所述霍尔传感器列阵上各所述霍尔传感器通信连接；所述激励信号源产生器与所述检测台连接。

进一步的，所述步进电机为四相步进电机。

进一步的，所述检测装置还包括：激光定位器，所述激光定位器与所述霍尔列阵固定板连接。

进一步的，所述激光定位器为至少4个激光笔，所述激光定位器与所述霍尔列阵固定板连接，具体为：各所述激光笔分别固定在所述霍尔列阵固定板的四个顶点。

由上可见，应用本实施例技术方案的检测装置，其工作流程与原理如下：将工作正常的PCB电路板固定在检测台上，通过调整检测台与霍尔传感器列阵的水平位置，开启霍尔传感器列阵采集该PCB电路板的磁场数据，分别获得未偏移的磁场分布矩阵图、第一偏移的磁场分布矩阵图、第二偏移的磁场分布矩阵图与第三偏移的磁场分布矩阵图。上位分析机对获得的磁场分布矩阵图进行叠加合成的图像处理，获得第一磁场分布矩阵图。对工作正常的PCB板添加激励信号，重复上述方法获得第二磁场分布矩阵图。将检测台上的电路板换成待测的PCB电路板，重复上述方法获得第三磁场分布矩阵图。上位分析机将获得的第一、第二、第三磁场分布矩阵图进行图像处理后，分别获得第一磁场分布灰度图以及第二磁场分布灰度图，其分布对应的是工作正常PCB电路板的磁场分布灰度图以及待测PCB电路板的磁场分布灰度图。上位分析机继续对第一、第二磁场分布灰度图进行图像处理，获得该待测PCB电路板的故障磁场灰度图，对该故障磁场灰度图上的每一个点作阈值差，获得故障位置分布图，检测人员可以根据故障位置分布图上的数值，直观获得待测PCB电路板的故障位置概率分布，从而获得检测结果。可见，相比于现有技术中检测人员需熟悉被检测的电路结构，检测效率低下的情况，采用本发明技术方案，检测人员能在故障位置分布图中直观获得故障位置概率分布，数值越大故障概率越高，提高检测效率，而且在多个地方出现故障时能有效的判定故障位置。另外，本技术方案中不必非常精确地得到PCB电路板的完全磁场情况，在利用网格偏移后进行图像合成的方法获取高精度的同时，能降低成本以及制作工艺难度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为实施例提供了基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置的连接结构示意图；

图2为实施例提供的基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测方法的流程示意图；

图3为实施例提供的磁场分布合成示意图；

图4为本发明实施例提供了该检测装置的另一种可选结构示意图

图5为本发明实施例提供了该检测装置的优选立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

参见图1，本实施例提供了一种基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置，适用于PCB电路板的短路检测装置，其主要包括：检测台101、霍尔列阵固定板102、多个霍尔传感器1303、旋转轮104、步进电机105、上位分析机106、激励信号产生器107。其中，检测台101与霍尔列阵固定板102通过固定支架108连接。霍尔传感器103与旋转轮104固定在霍尔列阵固定板102上。霍尔列阵固定板102上设置有多个网格，每一网格交点都固定一个由传送带连接成一行的旋转轮104，旋转轮104上固定有霍尔传感器103，多个霍尔传感器103组成霍尔传感器列阵。步进电机105与传送带连接，固定在霍尔列阵固定板102上。上位分析机106与霍尔传感列阵上的各霍尔传感器103通信连接。激励信号源产生器107与检测台101连接。

各部件的工作原理与工作流程如下：

检测台101用于固定PCB电路板，该PCB电路板可以为工作正常（无短路或者断路）、或待检测的PCB电路板。

霍尔列阵固定板102用于固定霍尔传感器列阵，霍尔列阵固定板102上设置有多个网格，每一网格交点都固定一个由传送带连接成一行的旋转轮304，其中旋转轮104用于旋转固定在其上的一霍尔传感器103。该霍尔传感器列阵包括：用于采集磁场数据的多个霍尔传感器103

旋转轮104用于带动霍尔传感器103旋转。

步进电机105用于带动传送带，以便于带动旋转轮旋转的。该步进电机与传送带连接，固定在霍尔列阵固定板102上。工作时，步进电机开始转动带动传送带，传送带带动旋转轮104转动，从而使固定在旋转轮104上的霍尔传感器103转动。

在本实施例中，为了提高控制精度，步进电机105可采用四相步进电机，为了提高力矩，可选用转速较慢的步进电机，使其能带动传送带，工作时典型转速为每10秒完成一周的旋转。

上位分析机106用于在预设的采集周期内，控制霍尔传感器列阵采集磁场数据，并对该磁场数据进行处理，最终获得故障位置分布图。上位分析机106可装载各种分析软件，进一步提高本发明的检测精准度。

激励信号产生器107用于发射射频信号并导入到PCB电路板上以产生磁场，以便霍尔传感器阵列可以接收到PCB磁场分布信息。

在本实施例中，该固定检测台101与霍尔列阵固定板102的固定支架108可以为带刻度的固定杆，用于调节检测台101与霍尔列阵固定板102的垂直距。

为了更好的说明本实用新型的工作原理与步骤，参见图2，图2为提供了一种基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测方法的流程示意图，其主要步骤及工作原理如下：

步骤A：将工作正常的PCB电路板固定在检测装置的检测台上，将霍尔传感器列阵对准该工作正常的PCB电路板，记录霍尔传感器列阵当前的位置为初始位置。

在本实施例中，霍尔传感器列阵可以但不限于采用网格的形式进行排布，网格的大小可以但不限于采用典型值3cm*3cm，霍尔传感器列阵与PCB电路板的距离可以但不限于采用典型值5cm。每一网格交点都固定一个由传送带连接成一行的旋转轮104，旋转轮104上固定有霍尔传感器103。传送带由步进电机105提供动力，该步进电机可以但不限于为四相步进电机，以提高控制精度，提高力矩，使其能带动传送带，工作时典型转速为每10秒完成一周的旋转。

在本实施例中，霍尔传感器列阵可通过激光定位器与检测台上的PCB电路板进行对准。该激光地位器可以为固定在霍尔传感器列阵四个顶点的四个激光笔，由四个激光笔组成的区域对其进行定位对准。在对准后记录霍尔传感器列阵当前的位置，并定义该位置为初始位置。

步骤B：开启霍尔传感器列阵，霍尔传感器列阵中各传感器按照预设的周期旋转并采集磁场数据，通过调整检测台与霍尔传感器列阵的水平位置，并根据该采集的磁场数据，依次获得未偏移的磁场分布矩阵图、第一偏移的磁场分布矩阵图、第二偏移的磁场分布矩阵图与第三偏移的磁场分布矩阵图。

在本实施例中，开启霍尔传感器列阵，各传感器按照预设的周期旋转并采集磁场数据，使其可以向上位机分析机发送该磁场数据。霍尔传感器阵列上的每一个霍尔传感器103经由连接至传送到上的步进电机105进行控制，以典型值每10秒完成一周的旋转，每秒完成10次的数据采样，并把每一个网络节点上由霍尔传感器103采集到的磁场强度最大值传输至上位分析机106，从而获得磁场分布矩阵图，矩阵图中的元素值可正可负。该旋转周期以及采集周期可以但不限于为典型值，譬如利用更多的相位的步进电机，以及以20秒为一个测量周期，对于每一个霍尔传感器，总共采集200次的数据，最后得到较为理想的结果。

在本实施例中，各磁场分布矩阵图的具体采集步骤可以但不限于为：B1、开启霍尔传感器列阵，霍尔传感器列阵处于初始位置，各传感器按照预设的周期旋转并采集当前的磁场数据，获得未偏移的磁场分布矩阵图；B2、将霍尔传感器列阵复位到初始位置，将霍尔传感器列阵在水平方向上，向右平移一个预设单位长度，采集当前的磁场数据，获得第一偏移的磁场分布矩阵图；B3、将霍尔传感器列阵复位到初始位置，将霍尔传感器列阵在水平方向上，向下平移一个预设单位长度，采集当前的磁场数据，获得第二偏移的磁场分布矩阵图。B4、复位所述霍尔传感器列阵到所述初始位置，将所述霍尔传感器列阵在水平方向上，向下平移一个所述单位长度，再向右平移一个预设的单位长度，采集当前的磁场数据，获得所述第三偏移的磁场分布矩阵图。

在本实施例中，由于采用典型值的网格，故该预设单位长度可以为半个网格长度，即1.5cm。

作为本实施例的一种举例，该第一偏移磁场分布矩阵图的偏移方向可以但不限于向右或向左。该第二偏移磁场分布矩阵图的偏移方向可以但不限于向下或向上。在步骤B3中，该霍尔传感器列阵可以但不限于复位到初始位置，而是直接向下移动一个单位长度，同样可以获得第二偏移磁场分布矩阵图。譬如图3所示的磁场分布合成示意图，该采集的磁场矩阵图分别是未偏移磁场矩阵图301、向右偏移一个预设单位的右偏移磁场矩阵图302，不回到初始位置直接向下偏移一个预设单位的右下偏移磁场矩阵图303，复位到初始位置然后向下偏移一个预设单位的下偏移磁场矩阵图304。各矩阵图合成时与该偏移的方向一致。

步骤C：叠加合成未偏移的磁场分布矩阵图、第一偏移的磁场分布矩阵图、以及第二偏移的磁场分布矩阵图，获得第一磁场分布矩阵图。

在本实施例中，叠加合成未偏移的磁场分布矩阵图、第一偏移的磁场分布矩阵图和第二偏移的磁场分布矩阵图，对霍尔传感器列阵中央未采集到数据的地方，根据中央周围四点采集到的数据，进行算术平均值的插值处理，获得所述第一磁场分布矩阵图。该第一磁场分布矩阵图为正常工作的PCB电路板的冷板磁场分布矩阵图。

在本实施例中，该矩阵图叠加合成的方向与步骤B中偏移的方向一致。

步骤D：对该工作正常的PCB电路板添加激励信号，重复步骤B至C，获得第二磁场分布矩阵图。

在本实施例中，激励信号源对检测台上的PCB电路板添加激励信号，具体为：激励信号源发射激励信号并导入PCB电路板以产生磁场。由于霍尔传感器列阵中的传感器采集PCB电路板的磁场强度，在传感器旋转时，获取各个方向上的磁场强度并发送给上位分析机，上位分析机选取磁场强度最大的该方向以及该数值作为该传感器的值。对于网格中央未采集数据的地方，根据中央周围四点采集到的数据，进行算术平均值的插值处理，从而获得第二磁场分布矩阵图。该第二磁场分布矩阵图为正常工作的PCB电路板在激励时的磁场分布矩阵图。

步骤E：将待测的PCB电路板固定在检测装置的检测台上，并添加激励信号，再将霍尔传感器列阵恢复至所述初始位置，重复步骤B至C，获得第三磁场分布矩阵图。

在本实施例中，将该正常工作的PCB电路板卸下，换上待测的PCB电路板，添加激励信号，重复步骤B至C，获得第三磁场分布矩阵图。该第三磁场分布矩阵图为待测PCB电路板在激励时的磁场分布矩阵图。

步骤F：将第二磁场分布矩阵图减去第一磁场分布矩阵图，获得第四磁场分布矩阵图，对第四磁场分布矩阵图进行归一化处理并映射到灰度图上，获得第一磁场分布灰度图。

在本实施例中，上位分析机获得正常工作PCB板的第二磁场分布矩阵图减去第一磁场分布矩阵图，获得第四磁场分布矩阵图，并对第四磁场分布矩阵图进行归一化处理后，映射到灰度图上，从而获得第一磁场分布灰度，即正常工作PCB的灰度图。该映射主要取其磁场最小值对应灰度0，最大值对应灰度255。

步骤G：将第三磁场分布矩阵图减去第一磁场分布矩阵图，获得第五磁场分布矩阵图，对第五磁场分布矩阵图进行归一化处理并映射到灰度图上，获得第二磁场分布灰度图。

步骤H：将第二磁场分布灰度图减去第一磁场分布灰度，获得待测PCB电路板的故障磁场灰度图，对故障磁场灰度图上的每一个点作阈值差，获得故障位置分布图，以便于检测人员根据故障位置分布图，获得待测的PCB电路板的检测结果。

在本实施例中，上位分析机根据故障参考磁场分布灰度图，对灰度图上的每一个点作阈值差，即每一个点上的灰度减去同一个阈值，如典型值为10，生成最终的故障位置分布图。并根据故障位置分布图上的数值大小，得出故障位置产生的概率分布。若在故障参考位置分布图的数值越大，则代表该处出现短路故障的概率越大。

作为本实施例的一种举例，参见图4，本装置还包括用于对准霍尔列阵固定板102与检测台101的位置、以及确认霍尔列阵固定板102位置的激光定位器409，激光定位器109与霍尔列阵固定板102连接。另外，可在霍尔传感器阵列及PCB固定板之间增加一块可拆卸的网格板110，在定位时，可以利用激光定位器409，对准网格板上的网格后再进行网格板的拆卸并测量PCB磁场分布，待测量完成后，需要测量偏移后的磁场分布前，再把网格板110安装好，利用激光定位器109，在网格板上得到准确的偏移后才进行下一次的测量。

为了更好的说明本检测装置，参见图5，图5为本装置优选实施例的简单立体示意图，如图所示，分别包括：检测台101、霍尔列阵固定板102、多个霍尔传感器103、步进电机105、固定支架108、激光笔109、可拆卸网格板110，还包括未在图中显示的旋转轮104、上位分析机106、激励信号源产生器107。在本举例中，激光定位器409为至少4个激光笔109，各激光笔109分别固定在霍尔列阵固定板102的四个顶点。示意图中的网格长度与高度均为典型值，用户可以根据实际需要进行调节。

由上可见，应用本实施例技术方案，将工作正常的PCB电路板固定在检测台101上，通过调整检测台101与霍尔传感器列阵的水平位置，上位分析机106与各霍尔传感器103通信连接，控制并开启霍尔传感器列阵采集该PCB电路板的磁场数据，分别获得未偏移的磁场分布矩阵图、第一偏移的磁场分布矩阵图、第二偏移的磁场分布矩阵图与第三偏移的磁场分布矩阵图。上位分析机106对获得的磁场分布矩阵图进行叠加合成的图像处理，获得第一磁场分布矩阵图。激励信号源产生器107对工作正常的PCB板添加激励信号，重复上述方法获得第二磁场分布矩阵图。然后将检测台101上的电路板换成待测的PCB电路板，重复上述方法获得第三磁场分布矩阵图。上位分析机306将获得的第一、第二、第三磁场分布矩阵图进行图像处理后，分别获得第一磁场分布灰度图以及第二磁场分布灰度图，其分布对应的是工作正常PCB电路板的磁场分布灰度图以及待测PCB电路板的磁场分布灰度图。上位分析机继续对第一、第二磁场分布灰度图进行图像处理，获得该待测PCB电路板的故障磁场灰度图，对该故障磁场灰度图上的每一个点作阈值差，获得故障位置分布图，检测人员可以根据故障位置分布图上的数值，直观获得待测PCB电路板的故障位置概率分布，从而获得检测结果。可见，相比于现有技术中检测人员需熟悉被检测的电路结构，检测效率低下的情况，采用本发明技术方案，检测人员能在故障位置分布图中直观获得故障位置概率分布，数值越大故障概率越高，提高检测效率，而且在多个地方出现故障时能有效的判定故障位置。另外，本技术方案中不必非常精确地得到PCB电路板的完全磁场情况，在利用网格偏移后进行图像合成的方法获取高精度的同时，能降低成本以及制作工艺难度。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (4)

1.基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置，其特征在于，包括：

检测台、霍尔列阵固定板、多个霍尔传感器、旋转轮、步进电机、上位分析机、激励信号源产生器；

其中，所述检测台与所述霍尔列阵固定板通过固定支架连接；

所述霍尔列阵固定板上设置有多个网格，每一所述网格交点都固定一个由传送带连接成一行的旋转轮，所述旋转轮上固定有霍尔传感器，多个所述霍尔传感器组成霍尔传感器列阵；

所述步进电机与所述传送带连接，固定在所述霍尔列阵固定板上；

所述上位分析机与所述霍尔传感器列阵上各所述霍尔传感器通信连接；

所述激励信号源产生器与所述检测台连接。

2.根据权利要求1所述的基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置，其特征在于，所述步进电机为四相步进电机。

3.根据权利要求1所述的基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置，其特征在于，还包括：激光定位器，所述激光定位器与所述霍尔列阵固定板连接。

4.根据权利要求3所述的基于霍尔传感器列阵的PCB短路检测装置，其特征在于，所述激光定位器为至少4个激光笔，所述激光定位器与所述霍尔列阵固定板连接，具体为：各所述激光笔分别固定在所述霍尔列阵固定板的四个顶点。

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