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电子电路预测技术分析

2020-11-10 14:32 来源:电子技术论文 人参与在线咨询

摘要:阐述几种常见的电子电路故障诊断技术,包括直观法、监测测量法、红外成像检测技术,并对电子电路故障的预测技术进行了详细的探讨,从而降低发生电子产品故障的概率。

关键词:电子电路,故障诊断,预测技术,电子产品。

0引言

电子设备作为信息时代的必备产品,广泛应用在社会生产和人们日常生活中。随着电子产品集成化程度越来越高,电子产品在使用过程中受到自然因素、运行环境以及内部系统缺陷等影响出现设备故障,电子设备的故障检修费用不断增长,增加了企业运行的成本。因此,为了确保电子设备运行的安全性、可靠性,降低故障发生概率,需要检修人员需要对电子设备进行监测,并对电子设备的可能出现的故障进行预测,及时采取预防措施。故障预测与健康管理技术逐渐受到企业的重视,与传统的设备检修技术相比,故障预测与健康管理技术,可以根据电子系统的工作原理、状态,预测系统未来的健康状态以及剩余使用寿命,并做出相应的设备维护计划,延长设备的使用时间。

1电子电路故障诊断技术

电子产品结构复杂,电子电路作为电子产品重要的组成部分,一旦电子电路出现故障,则需要对电子电路故障进行准确的检测与判断,及时找到电子电路故障位置,并采取有效的措施。

1.1直观法。直观法是不需要借助其他的设备进行检测,而是利用人的视觉、听觉、触觉、味觉等感官对电子电路的故障进行判断分析,从而确定电子电路故障,并采取有效的措施。直观法分为通电前观察和通电后观察,通电前,需要观察电子电路是否接线准确,电子元件安装位置是否准确,电子电路是否存在松动等现象,确定电子电路的元件安装正确后,需要通电观察,检查电子设备的断路器是否熔断、电子元件的外部是否存在烧焦发黑、现场是否存在难闻的烧焦味等,通过这些感官上的判断,可以有助于电子设备维修人员快速判断电子电路存在的故障原因。直观法操作简单,不需要借助其他测量仪器,可以快速判断电子电路的故障位置,可以将其用于复杂电路故障的基础环节,有助于提高电子电路故障排查的效率[1]。但是直观法对电子电路故障检修人员的要求比较高,检修人员必须具备一定的工作经验,可以根据机械设备和电气系统的异常现象,判断故障发生的原因和位置。

1.2监测测量法。监测测量法是利用电流表、电压表、万能表等测量电子系统的技术指标,并将测量的技术指标与正常数值进行对比,如果某一项数值高于或者低于正常数值,则可以判断故障发生的位置和原因,并根据实际情况采取有效的措施,让电子系统尽快恢复正常。如果电子电路的电压不稳定,则可以用电能表测量电子电路的电压值,并将系统的电压值和正常工作电压进行对比,判断出电子设备故障。监测测量法需要利用专门的测量仪器,检测电子电路存在的问题。如利用万能表测量电子系统的某一个线路电流或者电阻值,如果检测的电流数值和电阻值与电子元件设计的参数不符合,则表示故障出现在该线路,只需要对该线路的故障进行排查,就能快速找到故障[2]。或者使用示波器进行测量,示波器是一种综合性的电子图示测量仪器,可以测量电信号的幅度、频率、周期、温度、电压、脉冲信号和脉宽等参数,并通过电子屏直接显示波形。根据波形状态以及数值,如果与实际电压、电流值不符合,则可以快速判断电路故障的位置。1.3红外成像技术随着计算机信息技术、电力电子技术、微电子技术的发展,电子产品的电路结构更复杂、电子系统集成度更高、电子产品小型化,一定程度上增加了电子电路故障检测难度。传统的电流、电压检测法已经无法适应电子集成化发展要求,将红外检测技术应用在电子电路故障检测,可以快速准确判断故障的位置。红外成像检测技术是通过光电技术测量检测对象表面热辐射的红外线特定波段信号,并将信号转换为人的视觉可以分辨的图像与图形,从而计算检测温度。红外线的辐射与检测对象表面温度有关,温度越高,则辐射越强。红外成像设备可以将检测物体表面的热辐射用图像表现出来,不同的温度用不同的颜色表示[3]。红外成像检测技术是通过测量电子电路的热流和热量判断出电子电路存在绝缘体破裂、线路老化等问题。

2电子电路故障预测技术

2.1电子电路故障预测的关键。电子电路故障存在非线性、不确定等特点,一定程度上增加了故障诊断与预测的难度。电路故障大多数由于电子元件失效造成的,通过研究电子元件可以建立电子元件失效机理和退化模型,从而预测电路的寿命和未来可能出现的故障。但是由于现代电子产品的电子元件种类多、电子元件的失效模型比较复杂,同一元件在不同环境下的工作性能退化机理不同、物理模型也不同,所以无法对电子电路和电子元件的失效机理做出有效的判断与模型。其次,不同的电路失效定义不同,目前在电力电子领域还没有形成判断电子电路健康的标准,这给电子电路监测与评价增加了难度,往往是根据电子电路检修人员的经验进行判断。此外,随着电子产品功能日益完善,对电子产品可靠性要求越来越高,电子电路预测的精度也不断提高[4]。但是现有的故障诊断与预测技术无法对电子电路的运行进行有效的评估,从而导致了电子电路故障预测难度。PHM技术也称故障预测与健康管理技术,它是利用传感器采集电子系统的运行数据信息,通过计算机电子技术、云计算、大数据、人工智能算法等监控、评估电子系统的健康状态,在电子系统出现故障前,对电子系统的故障进行预测,并根据电子系统运行相关参数提出检修方案和决策。PHM技术是集故障检测、故障隔离、故障分析、故障预测以及故障检修为一体的综合各技术。它改变了过去产品故障后维修或者定期维修的被动式检修方式,将被动转为主动检修,极大地提高了设备检修效率,确保电子系统运行的安全性和可靠性。PHM技术是最早是在军事领域应用,主要用来检测系统设备故障,满足其可靠性与准确性的要求,降低维修成本。

2.2电子电路故障的预测。2.2.1神经网络模型。神经网络模型是按照大脑神经网络思维模式,它是由大量的节点(神经元)按照不同的连接方式构成一个完整的网络,建立神经网络模型。每一个节点代表一定的输出函数,两个节点是连接信号的加权值[5,6]。通过采集一定的样本数据进行训练,将其达到电子电路故障的非线性、不确定性等特点,从而得出与电子电路故障诊断一致的模型,通过神经网络模型,可以建立电子电路故障模型,从而为电子电路故障做出有效的预测。2.2.2混沌理论用来改进预测模型。混沌理论是一种质性思考与量化分析的方式,主要用来分析动态系统中无法用单一数据进行分析,需要用完整、连续的数据关系进行解释与预测的行为。混沌理论适合应用在难以预测或者比较复杂的系统中,由于电子电路系统故障呈现非线性、不确定性,通过混沌相空间重构理论嵌入到神经网络模型,对数据进行相间重构,再将得到的数据矩阵用神经网络模型进行训练与预测,进一步优化神经网络模型的预测结果,提高电子电路故障预测的准确性。

3结语

随着电子系统集成化、小型化发展,电子电路结构越来越复杂,增加电子电路故障诊断与预测的难度。PHM技术作为现代故障检修一体化综合技术,已广泛应用在电子设备故障检修系统,但是由于电子电路故障的不规律性、非线性,增加了故障预测的难度。将神经网络和混沌理论应用在电子电路故障诊断与预测环节,可以提高故障预测的准确性。

参考文献

[1]冯雪兰.电力电子电路故障诊断技术探索与预测[J].电子制作,2018(08):97-98.

[2]孙平安.电子电路故障诊断与预测技术分析[J].电子世界,2019(10):182-183.

[3]姜媛媛.电力电子电路故障诊断及预测关键技术研究[D].江苏:南京航空航天大学,2018.

[4]令狐昌伟.电子电路故障预测难点与发展趋势[J].科技信息,2013(25):257.

[5]王承.基于神经网络的模拟电路故障诊断方法研究[D].四川:电子科技大学,2005.

[6]黄洁,何怡刚.模拟电路故障诊断的发展现状与展望[J].微电子学,2004(01):21-25.

作者:朱健 单位:江苏无线电厂有限公司

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