電子電路的故障分析

孫玖明+董超

摘 要：本文從兩個(gè)方面概述電子電路的故障，包括對(duì)電子電路故障開(kāi)展檢測(cè)和分析的必要性以及自動(dòng)化故障診斷技術(shù)在電子電路故障分析中的應(yīng)用。重點(diǎn)探討了電子電路故障分析理論以及應(yīng)用，包括基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論和故障診斷應(yīng)用、小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方面。以期為相關(guān)的理論研究和具體的實(shí)踐工作提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：電子電路；故障

隨著電子工業(yè)以及電子電路系統(tǒng)集成技術(shù)的發(fā)展，電子電路的復(fù)雜性也隨之提升。因此，在對(duì)相關(guān)的電子電路設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)的過(guò)程中，需要花費(fèi)更多的時(shí)間、精力以及資金。開(kāi)展電子電路故障分析，能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)以及國(guó)民生活的方方面面產(chǎn)生重要的積極意義。在這個(gè)背景下，研究電子電路的故障分析的諸多問(wèn)題，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

一、電子電路的故障概述

（一）對(duì)電子電路故障開(kāi)展檢測(cè)和分析的必要性

隨著當(dāng)今電力電子技術(shù)的廣泛運(yùn)用，各類高性能的電子電路設(shè)備和相關(guān)產(chǎn)品逐漸涌現(xiàn)，促進(jìn)對(duì)于設(shè)備維護(hù)性要求的提升。當(dāng)電子電路設(shè)備出現(xiàn)故障卻沒(méi)有得到及時(shí)的診斷和恢復(fù)時(shí)，一系列嚴(yán)重的后果會(huì)由此引發(fā)，輕則發(fā)生停機(jī)故障，重則威脅設(shè)備操作和檢修人員的生命安全，帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因?yàn)殡娮与娐吩O(shè)備在工程系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，充當(dāng)電源以及控制器等核心角色，尤其是對(duì)于航空航天設(shè)備這種對(duì)于電子電路設(shè)備要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，必須定期進(jìn)行電子電路的自動(dòng)化測(cè)試和診斷，開(kāi)展必要的修復(fù)工作。除此之外，當(dāng)電路發(fā)生故障時(shí)，人工診斷技術(shù)的劣勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，比如即時(shí)性弱、診斷精度低等。在對(duì)電子電路的故障進(jìn)行檢修、調(diào)試和替換的過(guò)程中無(wú)法發(fā)揮出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在這個(gè)背景下，自動(dòng)診斷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，能夠很好地彌補(bǔ)人工診斷技術(shù)的不足。所以，針對(duì)先進(jìn)的自動(dòng)故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入的研究和應(yīng)用，已經(jīng)引起了世界范圍內(nèi)的關(guān)注。

（二）自動(dòng)化故障診斷技術(shù)在電子電路故障分析中的應(yīng)用

對(duì)于電子電路中電路元件較多的情況，比如在某些新型靜止無(wú)功發(fā)生裝置中，存在數(shù)十個(gè)晶閘管，如果采用人工診斷方法，又費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。自動(dòng)化故障診斷技術(shù)的發(fā)展能夠?qū)崿F(xiàn)人力物力的大幅度節(jié)省。對(duì)于對(duì)電子電路設(shè)備可靠性以及容錯(cuò)的要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，電子電路需要具備自測(cè)試、自診斷以及自我修復(fù)的功能。以上種種需求需要技術(shù)人員進(jìn)行電子電路工作狀態(tài)的動(dòng)態(tài)在線監(jiān)視，進(jìn)行電子電路狀態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)試和診斷。當(dāng)某部分的電路發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)診斷技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在不對(duì)電路中其他部分的運(yùn)作造成不利影響的基礎(chǔ)上，進(jìn)行故障的隔離定位以及修復(fù)，并且在以上流程結(jié)束后繼續(xù)投入使用。與此同時(shí)，在進(jìn)行在線故障診斷時(shí)，對(duì)故障所在的部位以及性質(zhì)進(jìn)行快速分析能夠?qū)崿F(xiàn)電子電路運(yùn)行停機(jī)時(shí)間的有效縮短。在有利樂(lè)觀情況下，還有望進(jìn)行容錯(cuò)電力電子系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的提升。

二、電子電路故障分析理論以及應(yīng)用

（一）基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論和故障診斷應(yīng)用

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電子電路故障分析中的應(yīng)用主要遵循以下的流程。首先，在電子電路基本信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行常見(jiàn)故障類型的分析。其次，將這些常見(jiàn)的故障類型以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)的形式進(jìn)行樣本輸出。再次，根據(jù)以上常見(jiàn)的故障類型，進(jìn)行電路相應(yīng)故障信號(hào)的提取，并且對(duì)以上提取的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的預(yù)處理，成為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的輸入樣本。最后，以網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行存儲(chǔ)電路故障信號(hào)以及故障類型之間映射關(guān)系的學(xué)習(xí)和存儲(chǔ)。并且利用相關(guān)的學(xué)習(xí)規(guī)則，對(duì)樣本開(kāi)展訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值的獲取，最終將結(jié)果傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及顯示設(shè)備。在整個(gè)過(guò)程中，故障特征的提取以及預(yù)處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是其中的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。

在對(duì)故障特征進(jìn)行提取的過(guò)程中，對(duì)于故障電路狀態(tài)信號(hào)的分析和處理以及預(yù)處理是主要的內(nèi)容。技術(shù)人員需要對(duì)獲取的電子電路故障的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和壓縮，這個(gè)過(guò)程需要遵循一定的規(guī)則。在對(duì)故障特征以及電路不同故障狀態(tài)下的統(tǒng)一故障特征進(jìn)行提取的時(shí)候，因?yàn)檫@個(gè)特征與故障狀態(tài)不存在相關(guān)關(guān)系，所以能夠?qū)崿F(xiàn)故障特征提取流程的簡(jiǎn)化以及計(jì)算量的減少，大幅提升故障診斷速度。這個(gè)流程中蘊(yùn)含的基本步驟如下：首先，對(duì)故障電路進(jìn)行激勵(lì)。其次，采取合適的方法對(duì)電路的相應(yīng)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。最后，預(yù)處理特征信號(hào)，實(shí)現(xiàn)從測(cè)量空間到特征空間的轉(zhuǎn)化。

（二）基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論和故障診斷應(yīng)用

從目前的電子電路故障分析實(shí)踐來(lái)看，對(duì)于線性系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷而言，已經(jīng)有了很多較為科學(xué)合理的方法。但是，對(duì)于非線性電子電路系統(tǒng)故障分析來(lái)說(shuō)，相關(guān)狀態(tài)監(jiān)控的方法較為有限，仍然需要進(jìn)一步探索。隨著人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)故障分析技術(shù)的發(fā)展，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生，能夠發(fā)揮對(duì)任意函數(shù)以及信號(hào)的有效逼近功能，實(shí)現(xiàn)非線性電子電路故障診斷以及實(shí)時(shí)監(jiān)控有效性的提升。但是，雖然小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在故障診斷率高等眾多優(yōu)勢(shì)，但是在外界噪聲提升的環(huán)境下，小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障分析系統(tǒng)的誤診斷率也會(huì)隨著提升。這對(duì)于某些要求較為苛刻的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，適用性不高。

（三）基于量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本理論和故障診斷應(yīng)用

雖然人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是當(dāng)故障模式之間存在著交叉數(shù)據(jù)的模式識(shí)別問(wèn)題時(shí)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)就無(wú)法充分發(fā)揮出來(lái)，誤診斷率較高。在這個(gè)背景下，將相關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)與量子計(jì)算理論相結(jié)合，具有十分開(kāi)闊的發(fā)展前景。

量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是量子計(jì)算與經(jīng)典神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的產(chǎn)物。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)中融合量子計(jì)算理論，并且在訓(xùn)練過(guò)程中盡可能滲透這個(gè)理論?；蛘?，在進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及訓(xùn)練算法的設(shè)計(jì)時(shí)，直接進(jìn)行量子理論中某些原理以及概念的借用。以上兩種策略能夠?qū)崿F(xiàn)特征向量以及故障類型之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的精確反映，提升故障診斷效率和正確率，降低誤診率。

三、總結(jié)

從我國(guó)目前的電子電路的故障分析實(shí)踐來(lái)看，相關(guān)理論的應(yīng)用情況得到了一定的提升，但是在非線性電路以及容差電路的故障診斷方面仍存在一定的缺陷，需要相關(guān)技術(shù)人員做出更為深入的探討和研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊錚.關(guān)于電子電路的故障研究[J].民營(yíng)科技，2014，（11）：52.

[2]王耀軍，王鵬云.電子電路故障檢測(cè)技術(shù)研究[J].電子測(cè)試，2010（2）：80-83.

[3]韓超洋，郭陽(yáng)，周嘉璐等.淺析電子電路故障檢測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)電子商務(wù)，2013，（9）：221.