CN211318672U - 一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统，属于电路故障诊断系统领域，本实用新型提供了一种能够对多端口非线性模拟电路的故障进行诊断、测试成本低、测试结果准确的故障诊断系统。本实用新型中，多音信号发生单元发出激励信号施加在被测信号上；输出高斯白噪声对被测信号进行干扰；数据采集单元对检测电路进行采样，并将采集到的数据输出至处理器；交互信息处理模块处理控制器的控制信息和数据信息；通信单元与外设交互模块进行信息交换，把通过外设交互模块的数据进行打包，发送到上位机的通信接口，上位机将将仿真结果与故障特征库进行对比后输出诊断结果。本实用新型主要用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断。

Description

一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统

技术领域

本实用新型属于电路故障诊断系统领域，具体涉及一种用于非线性模拟电路的故障诊断系统。

背景技术

众所周知，电子技术已广泛应用于国民经济及生活的各个部门以及各个方面，并在推动社会现代化进程中起到了巨大的作用。模拟电路的应用占据了很大的比例，大部分电子系统与外界对象之间连接都需要用到模拟电路。据统计，超过百分之六十的集成电路中包含模拟电路成分，其所占的比例将进一步增加。虽然数字电路和模拟电路在电子设备中的占有比例大于8:2，但是，就测试而言，比例却恰好相反，数字电路与模拟电路所消耗的测试时间之比是2:8，显然模拟部分是导致生产中测试成本居高不下的主要原因，模拟电路的测试制约了集成电路工业的发展。

电子设备的广泛应用和工作环境复杂多样，如高辐射、超高温、超低温和潮湿环境等问题。使得对电子设备维护和测试的技术要求越来越高。如对电子设备可靠性要求苛刻的航空航天、医疗设备和国防军事等领域，在模拟电路部分的测试和维护方面花费高额研发成本和周期，这就要求研究新的模拟电路测试和诊断技术，提高电子产品性能的稳定性。模拟电路分为线性电路和非线性电路，非线性电路是指电路中包含非线性元件的电路。由于制作工艺和参数原因，大部分元件都有一定的非线性特性，只不过线性电路的非线性特性较弱，所以可以说线性电路是非线性电路的一种特殊状态。模拟电路的数学模型是非线性数学模型。非线性电路的信号连续性，元器件参数容差，非线性现象和故障特征复杂等原因导致非线性模拟电路测试和诊断的困难性。从20世纪60年代以来，模拟电路故障诊断方面取得了很大成就，但是相对于模拟电路的应用程度，模拟电路的诊断和测试技术还不具有完善性和系统性，特别是非线性模拟电路故障诊断的测试激励信号优化方面急须深入研究和探索。对于单输入单输出的模拟电路故障诊断国内外已有不少研究成果，但对于多端口网路的非线性模拟电路故障诊断还鲜有成果。

因此，就需要一种能够对多端口非线性模拟电路的故障进行诊断、测试成本低、测试结果准确的用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统。

实用新型内容

本实用新型针对现有的模拟电路故障诊断系统仅适用于单端口输入输出的模拟电路、测试成本高、测试结果误差大的缺陷，提供了一种能能够对多端口非线性模拟电路的故障进行诊断、测试成本低、测试结果准确的用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统。

本实用新型所涉及的一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统的技术方案如下：

本实用新型所涉及的一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统，它包括：

多音信号发生单元，用于发出激励信号，并将激励信号施加在被测信号上；

高斯白噪声发生单元，根据处理器的指令输出高斯白噪声，从而对被测信号进行干扰；

处理器，用于控制多音信号发生单元和高斯白噪声发生单元发出激励信号和高斯白噪声；

检测电路，用于对被干扰后的被测信号进行检测；

数据采集单元，用于对检测电路输入和输出通道的激励信号进行同步采样，并将采集到的数据输出至处理器；

外设交互模块，用于将处理器中的数据与外接电路进行交换；

交互信息处理模块，用于处理控制器的控制信息和数据信息；

通信单元，用于与外设交互模块进行信息交换，把通过外设交互模块的数据进行打包，发送到上位机的通信接口，从而将处理器处理后的数据传输至上位机，并将上位机的控制指令发送至交互信息处理模块；

上位机，用于对处理器输出控制指令；用于将数据进行仿真，并将仿真结果与故障特征库进行对比，从而输出诊断结果；

所述多音信号发生单元和高斯白噪声发生单元的输入端均与处理器的输出端连接，所述检测电路的输入端与多音信号发生单元连接，所述检测电路的输出端与数据采集单元的输入端连接，所述多音信号发生单元的输出端与数据采集单元的输入端连接，所述数据采集单元的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器与外设交互模块双向连接，所述外设交互模块与交互信息处理模块双向连接，所述交互信息处理模块与通信单元双向连接，所述通信单元与上位机连接。

进一步地：所述检测电路包括16路采集通道，所述16路采集通道分别对8路被测信号和8路激励信号进行采集。

进一步地：所述数据采集单元选用芯片型号为AD7656的模数转换芯片。

本实用新型所涉及的一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统的有益效果是：

本实用新型所涉及的一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统，本申请通过多音信号发生单元发出激励信号，并将激励信号施加在被测信号上；输出高斯白噪声对被测信号进行干扰；对被干扰后的被测信号进行检测；数据采集单元对检测电路输入和输出通道的激励信号进行同步采样，交互信息处理模块处理控制器的控制信息和数据信息；通信单元与外设交互模块进行信息交换，把通过外设交互模块的数据进行打包，发送到上位机的通信接口，从而将处理器处理后的数据传输至上位机，并将上位机的控制指令发送至交互信息处理模块；上位机将数据进行仿真，并将仿真结果与故障特征库进行对比，从而输出诊断结果；本实用新型所涉及的故障诊断系统结构简单，操作便捷，成本低廉，采用现有的故障特征库与本实用新型通过仿真得到的特征值进行对比，测试成本低，测试结果准确。且本实用新型的电路简单，容易操作。

附图说明

图1为一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统的电路框图；

图2为图1中的故障诊断系统的信号处理流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。

实施例1

结合图1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统，它包括：

多音信号发生单元，用于发出激励信号，并将激励信号施加在被测信号上；

高斯白噪声发生单元，根据处理器的指令输出高斯白噪声，从而对被测信号进行干扰；

处理器，用于控制多音信号发生单元和高斯白噪声发生单元发出激励信号和高斯白噪声；

检测电路，用于对被干扰后的被测信号进行检测；

数据采集单元，用于对检测电路输入和输出通道的激励信号进行同步采样，并将采集到的数据输出至处理器；

外设交互模块，用于将处理器中的数据与外接电路进行交换；

交互信息处理模块，用于处理控制器的控制信息和数据信息；

通信单元，用于与外设交互模块进行信息交换，把通过外设交互模块的数据进行打包，发送到上位机的通信接口，从而将处理器处理后的数据传输至上位机，并将上位机的控制指令发送至交互信息处理模块；

上位机，用于对处理器输出控制指令；用于将数据进行仿真，并将仿真结果与故障特征库进行对比，从而输出诊断结果；

所述多音信号发生单元和高斯白噪声发生单元的输入端均与处理器的输出端连接，所述检测电路的输入端与多音信号发生单元连接，所述检测电路的输出端与数据采集单元的输入端连接，所述多音信号发生单元的输出端与数据采集单元的输入端连接，所述数据采集单元的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器与外设交互模块双向连接，所述外设交互模块与交互信息处理模块双向连接，所述交互信息处理模块与通信单元双向连接，所述通信单元与上位机连接。如此设置的目的是：数据采集模块：待检测电路输入激励信号后，对输入与输出通道进行同步采样，嵌入式微处理器数据预处理模块接收采集到的数据。

上位机：根据采集来的数据进行故障状态分类，生成样本库，获取各个故障状态的wiener核，并对有意义的wiener核进行特征提取，将数据进行仿真，并将仿真结果与故障特征库进行对比，最后辨识待检测电路的故障。

交互信息处理模块：它处理全局控制信息和数据信息部分，因此它是非线性模拟电路故障诊断仪控制的核心部分。诊断故障电路时，需要控制故障诊断仪的全部模块，而控制全部模块的信息也就是外设模块和信息处理模块进行交互的信息。处理通信单元中传输的信息就是控制信息，这些控制信息即是控制显示相关的信息、与外设进行信息交换的信息、参数信息的获取以及工作模式信息的选择等都是基于PC的HMI交换信息，交互信息处理模块处理这些控制信息。通信模块处理打包和编码好采集到的数据，把这些处理好的数据发送至基于PC的HMI端，这些数据就是数据信息部分。

外设交互模块：与交互信息处理模块交换信息，可以控制故障诊断仪所有模块。数据保存、数据接收、wiener核提取以及自动诊断等相关的诊断功能都可以通过功能按键来实现。诊断仪的工作模式、工作状态、数据采集情况以及诊断结果等也都可以利用功能按键实现。

通信模块：与交互信息模块进行信息交换，把通过交互信息处理模块的数据进行打包，发送到PC通信接口，控制上位机的相关显示；对PC通信接口发送的数据进行解码，送入交互信息处理模块，以实现相关硬件与上位机的通信需求。

通信接口：上位机PC端与硬件模块收发数据的连接口，硬件的通信模块控制数据信息的传送方向。

处理器：嵌入式微处理器是整个非线性模拟电路故障诊断的核心模块，系统工作时需要采集单元传输过来的数据，然后进行数据存储，将数据打包传送给上位机进行处理。对于嵌入式系统，微处理器可以满足低功耗、低价格、高稳定性等特点。选择意法半导体公司的STM32系列单片机STM32F103VET6作为微处理器单元。

数据采集模块：数据采集模块选用AD公司的模数转换芯片，芯片型号为AD7656，AD对数据采集的采样频率可达250Ksps，该型号的A/D转换器的转换精度具有16位，采样时6个通道可以同步进行，可选用±10V、±5V电源供电，内置低噪声的带宽采样保持放大器，可处理最高12MHz的频率信号，在±5V供电状态下功耗为140mW。

实施例2

结合图2和实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统，所述检测电路包括16路采集通道，所述16路采集通道分别对8路被测信号和8路激励信号进行采集。所述数据采集单元选用芯片型号为AD7656的模数转换芯片。所述处理器采用嵌入式微处理器。如此设置的目的是：所述嵌入式微处理器控制多音信号发生单元提供8路激励信号，施加在被测信号上，数据采集单元通过16路采集通道对8路被测信号和8路激励信号进行采集，将数据送给嵌入式微处理器处理，得到采样数据序列，通过USB与计算机进行通讯，计算机将数据处理得到被测电路的各故障状态下对应的被测信号进行智能特征选择和提取，并与故障特征库的比对，得出电路的最终诊断结果。所述故障诊断的步骤如下：

第一步：初始化，自动联机，启动数据采集模块获取各个故障状态和一个正常状态的被测信号的Wiener核；

第二步：处理器接收并保存被测信号的数据，并提取被测信号的Wiener核特征参数；

第三步：提取后的wiener核特征值与故障特征库进行故障识别；

第四步：输出诊断结果。

Claims (4)

1.一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统，其特征在于，它包括：

多音信号发生单元，用于发出激励信号，并将激励信号施加在被测信号上；

高斯白噪声发生单元，根据处理器的指令输出高斯白噪声，从而对被测信号进行干扰；

处理器，用于控制多音信号发生单元和高斯白噪声发生单元发出激励信号和高斯白噪声；

检测电路，用于对被干扰后的被测信号进行检测；

数据采集单元，用于对检测电路输入和输出通道的激励信号进行同步采样，并将采集到的数据输出至处理器；

外设交互模块，用于将处理器中的数据与外接电路进行交换；

交互信息处理模块，用于处理控制器的控制信息和数据信息；

通信单元，用于与外设交互模块进行信息交换，把通过外设交互模块的数据进行打包，发送到上位机的通信接口，从而将处理器处理后的数据传输至上位机，并将上位机的控制指令发送至交互信息处理模块；

上位机，用于对处理器输出控制指令；用于将数据进行仿真，并将仿真结果与故障特征库进行对比，从而输出诊断结果；

所述多音信号发生单元和高斯白噪声发生单元的输入端均与处理器的输出端连接，所述检测电路的输入端与多音信号发生单元连接，所述检测电路的输出端与数据采集单元的输入端连接，所述多音信号发生单元的输出端与数据采集单元的输入端连接，所述数据采集单元的输出端与处理器的输入端连接，所述处理器与外设交互模块双向连接，所述外设交互模块与交互信息处理模块双向连接，所述交互信息处理模块与通信单元双向连接，所述通信单元与上位机连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统，其特征在于，所述检测电路包括16路采集通道，所述16路采集通道分别对8路被测信号和8路激励信号进行采集。

3.根据权利要求1所述的一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统，其特征在于，所述数据采集单元选用芯片型号为AD7656的模数转换芯片。

4.根据权利要求1所述的一种用于多端口网络非线性模拟电路的故障诊断系统，其特征在于，所述处理器采用嵌入式微处理器。

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