某型激光测距机故障诊断仪的设计
某型激光测距机故障诊断仪的设计
作者:王在渊;王小兵;李申鹏;谭威
某型激光测距仪机的电路系统由电源电路、逻辑处理电路、接收放大电路和显示电路等组成,其电路设计具有模块化、集成化和数/模混合化等特点。分析该型激光测距机的常见故障,约有90%的故障是由电源电路和其他模拟电路引起的。由于采用传统的人工分析和常规仪器仪表测试、维修所需要的时间较长,难度较大,难以满足现代战场对装备保障的要求。因此,依据故障字典法电路诊断原理,设计实现了一种操作简单,携带方便,诊断迅速,适合部队使用的故障诊断仪。
1 故障字典法
故障字典法是目前模拟电路故障诊断中最具有实用价值的方法,诊断条件限制少,简单有效,实用性强,工程应用较多。其基本思想是:首先对电路的正常状态和所有故障状态进行电路仿真或测试,在施加适当的激励之后,提取所选定测试节点的电路特征(如测试点的直流电位向量、网络的幅频特性等),从而建立故障字典;其次在实际诊断时,只要测得故障电路的实时特征,就可以从故障字典中查出对应的故障。
依据故障字典法的基本思想,根据测距机电路原理和故障特点,对故障进行分析归类,利用专家经验,提出了一种基于故障案例和电路原理分析的故障字典。该方法便于工程实现,具有较好的实用性。
2 故障字典的建立
建立合理有效的故障字典,是工程实现的关键。在该设计中,首先对测距机常见的故障进行归类划分,把故障划分为多个相互独立的故障子集,再分别对故障子集建立字典。
2.1 故障子集的划分
故障子集的划分借鉴了故障树的思想,将测距机的故障按照现象及产生原因自上而下进行模块划分,把每个电路单元作为一个故障子集,每个故障子集对应相应电路的各个模块,每个模块实现一个功能,对应一个故障字典编码。
可以将故障模式继续分解,直至最小可更换单元。但是,这样会加大测量工作和计算量,使故障字典更为庞大,难以实现。为此,在该诊断仪的工程实现中,充分利用了专家经验,进行故障梳理,归纳故障特征,选择合适的测试点,使测量和诊断更为简单。如某测距机不能发射激光,在进行整机检测时,没有触发高压,则判定是电源电路出现故障,再对电源电路的高压模块进行检测、故障诊断和故障排除。
2.2 故障字典的建立
建立故障字典的基本思想是以故障子集为依据,尽可能采用最简洁的故障特征表示故障状态。在建立过程中,本着建立步骤简单,电路测点少,计算量小,不考虑元件的容差,仅进行功能性验证等原则,大大减少测前/后处理的工作量。
建立故障字典的步骤是采集电路在不同信号激励下的不同测试点的输出信号,并由此编制故障字典。因此,激励信号的选择是其难点,测试点的选择和故障字典的编制是其重点。
2.2.1 激励信号的选择
目前,在电路检测领域内还没有一种输入激励信号的通用方法和程序,通常根据电路原理或通过对电路进行灵敏度分析,逐步得到能隔离故障集中所有故障的激励信号。
在本文中,激励信号的选择主要依据两方面:一是测距机正常工作时各电路单元所需要的信号;二是测距机出现常见故障时各电路单元所需要的信号。由于测距机工作时都是直流信号,且信号多为简单的脉冲等控制信号。因此,可以利用单片机芯片进行信号的模拟和控制,需要注意的是要控制好激励信号的时序、脉宽和幅度。
2.2.2 测试点的选择
测试点的选择应遵循在故障集中故障均可隔离的前提下,使测点数目最少,且能获得较多的故障信息[4]。经过分析和整合,该诊断仪的测试点包括三部分:
(1)测距机自带的整机测试端口(21芯接口),可以实现整机的信号采集;
前提下,使测点数目最少,且能获得较多的故障信息。经过分析和整合,该诊断仪的测试点包括三部分:
(1)测距机自带的整机测试端口(21芯接口),可以实现整机的信号采集;
2.2.3 故障字典的编制
当测距机出现故障时,各测试点的测试值有可能变化范围较大,因此,在编制字典时,首先把整机测试端口(21芯)在正常工作状态下的测试值编成特征向量,作为整机功能是否正常的判断依据;其次,把各电路测试点在常见故障状态下的测试值编入向量,作为故障字典。如果各向量的数值均在允许范围内,则诊断仪显示测距机功能正常,如果有个别向量出现误差,则诊断仪会根据向量信号的产生来源提示某电路单元出现故障。表1是根据该型激光测距机电源电路的典型故障编制的故障字典。
3 诊断仪的设计与实现
根据诊断仪的使用条件和部队要求,该诊断仪应具有的功能包括:
(1)诊断测距机整机功能是否正常;
(2)诊断单板电路功能是否正常;
(3)判断故障电路的故障点;
(4)显示各种电压、电流和故障点。
诊断仪硬件主要分为单片机模块、显示模块、控制面板和接口电路,模拟各板件所需的测试信号、接收反馈信号,并对其进行判断和控制,显示模块用来显示所测的信号及故障代码等。其工作过程是:由诊断仪向被测设备(测距机或电路板)提供激励信号,使测距机或电路板处于工作状态,再由诊断仪诊断测距机或电路板的输出信号,采集各接口或测试点的电压或电流状态,查找故障字典,判断功能是否正常或可能的故障点。
软件部分包括主界面的设计和诊断程序的编写。主界面用 VB编写主程序,由于 VB和 Access数据库能够简单地实现接口无缝链接,所以数据库部分用 Ac-cess完成,见文献。诊断程序主要是由上位机通过RS-232标准串口向诊断仪发送控制字,由单片机模块输出相应的激励信号,然后,采集响应信号,进行比较后,判断是否发生故障。
4 结 语
本文根据被测电路的特点和专家经验及大量的故障维修案例,提出在被测电路单元故障分类的基础上,划分故障子集,编制合理适用的故障字典,可以有效地解决某型激光测距机的功能检测和故障检测,具有较好的实用性。
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