關(guān)于模擬電路故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)的分析

摘 要：與數(shù)字電路相比，模擬電路的故障模型較為復雜，尤其是因元器件數(shù)據(jù)容差錯誤導致的故障模糊性強，因此對于模擬電路有必要采用先進的故障診斷監(jiān)測技術(shù)。筆者結(jié)合自己多年的工作實踐經(jīng)驗，就模擬電路故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)的模塊劃分以及實現(xiàn)形式進行了一些有意義的探討，希望對模擬電路的故障診斷與檢測工作能夠有所借鑒。

關(guān)鍵詞：模擬電路；故障診斷；故障監(jiān)測

1 概述

電子電路分為模擬電路和數(shù)字電路兩種，相較于數(shù)字電路而言，模擬電路廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備當中，但其故障率卻居高不下，進而給電子設(shè)備造成的損害十分巨大?，F(xiàn)階段，我國電子電路診斷以及監(jiān)測技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)取得了明顯的進步，但進步主要集中在數(shù)字電路的故障診斷方面，模擬電路的故障診斷以及監(jiān)測特別是故障定位問題依然還具有較大的難度，而這些都給電子設(shè)備的正常應(yīng)用和維修處理造成了不便。

與數(shù)字電路相比，模擬電路的故障模型更為復雜，尤其是因元器件數(shù)據(jù)容差錯誤導致的故障模糊性較強，因此有必要采用更加先進的故障診斷監(jiān)測技術(shù)。筆者結(jié)合自己多年的工作實踐經(jīng)驗，就模擬電路故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)的模塊劃分以及實現(xiàn)形式進行了一些有意義的探討，希望對模擬電路的故障診斷與檢測工作能夠有所借鑒。

2 模擬電路故障的特點

模擬電路主要負責模擬信號的傳輸，而模擬信號與數(shù)字信號不同，它是隨著時間進行連續(xù)變化的信號，因而造成模擬電路的故障復雜度也較數(shù)字電路更高，具體則具有以下特點：（1）模擬電路的輸入激勵和輸出響應(yīng)都是連續(xù)量，所以難以對其進行簡單的量化分析，導致模擬電路的故障模型也相對更為復雜；（2）模擬電路的電器元件參數(shù)具有較大的容差，一般也都允許在規(guī)定范圍內(nèi)的輕微故障，而這就造成模擬電路的故障十分模糊，難以準確對故障位置進行定位；（3）實際應(yīng)用中的模擬電路將不可避免的存在非線性問題，即輸出和反饋之間往往并非嚴格的線性關(guān)系，這就增加了模擬電路故障診斷、測試的難度，使其故障模型的復雜度進一步提高；（4）模擬電路的頻率范圍較大，其低頻和高頻之間可能差多個數(shù)量級，使得故障診斷監(jiān)測也變地更加困難；（5）模擬電路因為受到其自身結(jié)構(gòu)的影響，用于故障監(jiān)測的節(jié)點數(shù)量有限，進而導致可作為故障診斷的信息不充分，故障定位具有較大的模糊性。

3 模擬電路故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)的模塊劃分

3.1 故障診斷模塊

對于模擬電路的故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)而言，其主要可以劃分為診斷模塊和監(jiān)測模塊。其中，診斷模塊的核心就是故障診斷技術(shù)。以往應(yīng)用較多的傳統(tǒng)診斷方法已經(jīng)難以適應(yīng)診斷工作發(fā)展的需要，而基于人工智能的一些新型診斷技術(shù)卻相繼被提出，這些技術(shù)和方法提高了模擬電路故障診斷的效率和準確度，并且也具有較高的可靠性。以下就現(xiàn)階段應(yīng)用較多的一些新型診斷技術(shù)進行簡要介紹。

（1）專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)是一種基于產(chǎn)生式規(guī)則的故障診斷技術(shù)，它首先需要專家根據(jù)其知識及經(jīng)驗將模擬電路的故障診斷規(guī)則歸納表示出來，從而形成知識庫，一旦遭遇故障，就根據(jù)監(jiān)測到的故障特征利用知識庫中的規(guī)則進行推理，從而實現(xiàn)對故障類型的診斷甚至是定位。這種技術(shù)在實際應(yīng)用過程中可以不斷進行擴充，具有便于解釋、擅于分析常見故障以及交互性較強等優(yōu)勢，但故障診斷規(guī)則的總結(jié)和歸納是該技術(shù)應(yīng)用的瓶頸，特別是對于一些復雜故障的推理效率較低、時效性較差等問題制約了該技術(shù)在實踐中的應(yīng)用。

（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（如圖1所示）可以被認為是當前人工智能領(lǐng)域應(yīng)用比較廣的一種技術(shù)，它的核心思想是利用計算機對人腦結(jié)構(gòu)以及人類認知過程的模擬來實現(xiàn)對故障信息的處理，進而實現(xiàn)對模擬電路的故障診斷。在實際應(yīng)用該技術(shù)進行模擬電路的故障診斷時，首先需要技術(shù)人員對故障特征和故障類型的對應(yīng)關(guān)系進行歸納總結(jié)；然后將故障特征作為輸入，將故障類型作為輸出，從而完成對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓練；最后，當模擬電路發(fā)生故障時，將監(jiān)測到的故障特征輸入到已經(jīng)訓練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型當中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果完成對模擬電路故障的診斷。這種技術(shù)與專家系統(tǒng)相比，其最大的優(yōu)勢就是診斷效率較高，可以對具體的診斷過程進行忽視，不再需要提取并建立復雜的診斷規(guī)則，特別是對于處理非線性關(guān)系的故障具有較大的優(yōu)勢。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)缺點是需要不斷根據(jù)新故障特征及類型的對應(yīng)關(guān)系進行重新訓練，并且因為其故障診斷過程被忽視的原因，使得其透明性較差，對電路故障的解釋能力不高。

（3）模糊理論。因為模擬電路的元器件具有容差特性，進而使得故障類型與特征之間存在一定的模糊關(guān)系，所以應(yīng)用模糊理論進行電路故障診斷也成為了近年研究的一個熱點。模糊理論對模糊關(guān)系具有較強的處理能力，它能夠?qū)⒈O(jiān)測到的故障特征通過模糊映射關(guān)系來推理得到新的故障類型組合，并能夠依據(jù)一定的判斷閾值實現(xiàn)對具體故障元器件的定位。與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不同，應(yīng)用模糊理論來進行故障診斷往往可以得到多個可能的故障類型組合方案，并將這些方案依據(jù)模糊隸屬度值的高低進行先后排列，從而給故障診斷技術(shù)人員提供了豐富的參考。但這種技術(shù)在實際應(yīng)用過程中還存在不少問題，特別是在模糊映射關(guān)系的建立方法上還存在諸多有待完善之處，還需要相關(guān)人員做進一步的研究。

3.2 故障監(jiān)測模塊

上面對模擬電路的故障診斷模塊進行了探討，而要實現(xiàn)故障診斷，首先要做的就是對故障特征進行監(jiān)測，只有及時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)一些故障征兆，才能為故障的診斷工作提供有效依據(jù)?，F(xiàn)階段，對于故障監(jiān)測的研究還處于起步階段，在實際中應(yīng)用較多的是一些基于啟發(fā)信息的搜索算法，例如通過利用啟發(fā)式的圖搜索算法來進行模擬電路的故障監(jiān)測。應(yīng)用這些算法的關(guān)鍵在于建立可靠性的啟發(fā)函數(shù)，并通過函數(shù)計算來推導出最佳的節(jié)點擴展搜索方案，從而找出最優(yōu)的測點集，并通過對測點集內(nèi)節(jié)點的監(jiān)測來實現(xiàn)對故障征兆的及時發(fā)現(xiàn)和處理。

4 模擬電路故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)形式探討

傳統(tǒng)的故障診斷監(jiān)測系統(tǒng)一般都需要在外部建立專門的平臺，但隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展和進步，如果將診斷監(jiān)測系統(tǒng)嵌入到電子設(shè)備中，對電子設(shè)備中的模擬電路進行實時的信號采集和故障診斷，那么就可以極大地提高故障的診斷和監(jiān)測效率。同時，采用嵌入式的系統(tǒng)實現(xiàn)形式還利于對故障進行準確定位，這對故障的及時排除也具有積極意義。筆者認為，采用嵌入式的系統(tǒng)實現(xiàn)形式能夠最大限度地提高電子設(shè)備的可靠性，這也是未來電路診斷監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)形式的一個最主要的發(fā)展趨勢。

5 結(jié)束語

總之，與數(shù)字電路相比，模擬電路的故障診斷監(jiān)測則較為復雜和困難，必須打破傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，通過采用新型的診斷技術(shù)和監(jiān)測方法，再輔以嵌入式的系統(tǒng)實現(xiàn)方案，才能最大限度地提高故障診斷監(jiān)測的質(zhì)量和效率。

參考文獻

[1]高昕，王厚軍，劉震.線性模擬電路軟故障建模與診斷策略[J].電子科技大學學報，2015（3）：397-402.

[2]韓寶如，崔蕾.基于集成模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的容差模擬電路故障診斷方法[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（4）：133-135.

[3]孫必偉，潘強.模擬電路故障診斷的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（14）：148-150.

[4]龔伏廷，涂愛萍，王建勇.小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模擬電路故障診斷中的應(yīng)用[J].計算機仿真，2011，28（2）：228-231.

作者簡介：何晶（1981-），女，漢族，研究生，遼寧撫順人，工作單位：寧夏職業(yè)技術(shù)學院，主要研究方向：智能儀器儀表和檢測技術(shù)。