數(shù)字信號處理技術(shù)在故障檢測和定位中的應(yīng)用

賈繼祥 王新偉

【摘 ?要】數(shù)字信號處理技術(shù)作為重要現(xiàn)代技術(shù)，在社會(huì)生活中發(fā)揮著重要作用。通過利用數(shù)字信號處理技術(shù)，提高故障檢測與定位的準(zhǔn)確性。有鑒于此，本文分析數(shù)字信號處理技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用，分析故障檢測與定位中數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】故障檢測與定位;數(shù)字信號處理;技術(shù)應(yīng)用

近年來，隨著科技的發(fā)展，數(shù)字信息處理技術(shù)的作用得到了全面的發(fā)揮。數(shù)字信息處理技術(shù)能夠有效的打破傳統(tǒng)的通信方式存在的問題，數(shù)字信息工程得到長足的發(fā)展。數(shù)字信息技術(shù)能夠保證各界對信息活動(dòng)的需求，保證信息活動(dòng)的正常進(jìn)行。

1、數(shù)字信號技術(shù)的內(nèi)涵和特點(diǎn)

1.1內(nèi)涵

數(shù)字信號處理器是一種專業(yè)的信號處理設(shè)備。它將采集到的原始數(shù)據(jù)信號發(fā)送給數(shù)字信號處理器。通過信號濾波、采樣處理和數(shù)字信號傳輸，根據(jù)實(shí)際需要實(shí)現(xiàn)了信號的轉(zhuǎn)換。該信號處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、自動(dòng)化工程、雷達(dá)探測、航空航天等領(lǐng)域。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，數(shù)字信號技術(shù)受到了企業(yè)的青睞。以其為核心的產(chǎn)品和技術(shù)在電子信息工程中發(fā)揮著不可替代的作用。

1.2特點(diǎn)

數(shù)字信號處理技術(shù)提取信號數(shù)據(jù)，濾除有效信息和無效信息，最終將有效信息轉(zhuǎn)換成更合適的信號形式，使信號更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確。以往的技術(shù)主要采用模擬信號，但這種方法使得數(shù)據(jù)參數(shù)難以修改，信號靈敏度不高。在數(shù)字信號技術(shù)中，采用了二進(jìn)制邏輯技術(shù)。該技術(shù)對聲音、溫度和顏色的變化具有很強(qiáng)的感知能力和適應(yīng)性。更好的信號輸入和輸出。

2、數(shù)字信號處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1適用范圍大

數(shù)字信號處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，具有廣泛的適用性。數(shù)字信號處理技術(shù)可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域，因?yàn)閿?shù)字信號處理器有多種類型，可以被各種軟件使用，也可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行選擇。當(dāng)操作員在數(shù)字處理系統(tǒng)中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，他們可以很容易地將各種信息處理轉(zhuǎn)換成所需的形式，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為例，在計(jì)算機(jī)中，數(shù)字信號可以作為調(diào)制處理器的技術(shù)使用，將數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用于程序編程中。

2.2處理速度快

與模擬信號處理器相比，數(shù)字信號處理器在高速處理方面有著明顯的優(yōu)勢能力。數(shù)字信號模擬器自身具有的芯片與其他芯片較為不同，主要采用哈佛結(jié)構(gòu)，電子工程的專業(yè)人士可以將數(shù)字信息程序和存儲(chǔ)的空間進(jìn)行獨(dú)立開來，保證兩者互不干擾，形成數(shù)字信號處理器的工作流程。將數(shù)字信號處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的信號處理相比較，數(shù)字信號可以在處理的過程中，進(jìn)行其他指令的識(shí)別和處理，這樣就大大的提高了信息處理的效率，提高了速度。

3、數(shù)字信號處理技術(shù)在故障檢測和定位中的應(yīng)用

3.1方法

通過給定的敏感傳遞路徑，刺激的傳遞包括至少一次躍遷（0-1或1-0）;對輸出信號、輸出電流或輸出電壓，每小時(shí)進(jìn)行一次取樣;用信號處理對數(shù)字化轉(zhuǎn)換后的樣品進(jìn)行分析。這個(gè)方法主要是使給定的路徑變得敏感，以刺激缺陷并使其消耗能量或停止傳遞。在停止傳遞時(shí)，產(chǎn)生顯著功耗的缺陷會(huì)改變供電電流波形，從而影響電壓輸出。為了檢測和定位故障和缺陷，將使用輸出信號中存在或不存在的轉(zhuǎn)換，比如波形變化。在故障檢測和故障診斷方面的過渡刺激的潛力，已經(jīng)在電壓輸出測試法中得到了認(rèn)可。結(jié)果顯示過渡也是當(dāng)前測試環(huán)境下的良好刺激。

輸出信號的過度采樣，可以從這些信號波形中提取更多的信息。這種提取是通過對輸出信號的頻譜進(jìn)行一些信號處理來估計(jì)的。不同類型的分析導(dǎo)致頻譜估計(jì)。在本項(xiàng)研究中，采用一個(gè)8點(diǎn)快速傅里葉變換法（FFT）進(jìn)行頻譜估計(jì)，可以檢測到因故障或缺陷引起的顯著波形變化，甚至，僅僅是頻譜的一小部分（DC，第一次諧波）都可以檢測到。迄今為止，該分析法比其他任何信息提取方法都簡單。

3.2檢測

文中的所有結(jié)果，包括FFTS，都是通過HSPICE仿真獲得的，F(xiàn)FTS是在一個(gè)40NS區(qū)間（不允許穩(wěn)定時(shí)間）內(nèi)進(jìn)行評估的，繼電器觸點(diǎn)的寄生電容是采用電阻建立模型的。

3.2.1橋接

信號和電線接地端（GND）之間的橋接會(huì)導(dǎo)致固定0故障時(shí)，往往會(huì)將電路轉(zhuǎn)換成電流電壓轉(zhuǎn)換器。事實(shí)上，信號和電線接地端之間的寄生橋接，很容易檢測到大量的值，即使這些值不會(huì)導(dǎo)致固定0故障，因此，在邏輯輸出值的基礎(chǔ)上，進(jìn)行故障檢測存在困難。

對信號和數(shù)字電源（VDD）之間的寄生橋接，按電流分量振幅計(jì)算的結(jié)果，與上一組與GND橋接的結(jié)果相似。

其他模型結(jié)果顯示，非VDD或GND信號之間的寄生電阻橋接點(diǎn)，也可以在很大范圍內(nèi)檢測到。比如，在接點(diǎn)15和19之間，或者10和14之間的橋接點(diǎn)。只需要兩個(gè)相反的邏輯值接點(diǎn)足夠長，導(dǎo)致的電流消耗足以被檢測到，這種橋接即使并沒有引起較差的邏輯值，也是可以被檢測到的。

3.2.2開路

造成浮柵的開路故障通常不會(huì)導(dǎo)致電流頻譜的顯著改變。但是會(huì)將轉(zhuǎn)換傳遞到輸出引腳，通過觀察電壓，可以檢測到內(nèi)在的轉(zhuǎn)換。即使通過觀察邏輯值，也可以檢測到轉(zhuǎn)換，其他信息可以通過8點(diǎn)位快速離散

傅里葉變換法（FFT）算得，的確，我們可以采用第一諧波相位分量來估計(jì)延遲。

3.2.3完善技術(shù)

為了解釋這項(xiàng)顯著靜態(tài)電流技術(shù)法，我們考慮一種簡單PSEUDO-NMOS2輸入NAND，接著是一個(gè)CMOS靜態(tài)邏輯電路，模擬三種不同情況：無故障;在NAND輸出和GND之間有一個(gè)10千歐的電容橋;在NAND輸出和VDD之間有一個(gè)10千歐的電容橋;在每一種情況下，一個(gè)NAND輸入被應(yīng)用提升轉(zhuǎn)換，另一個(gè)被設(shè)置為邏輯轉(zhuǎn)換，無故障的一組，波形中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)換，而且都被設(shè)置為邏輯輸入時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顯著得消耗。NAND輸出和GND之間得橋接，在第一部分得刺激下，會(huì)通過增加消耗，在第一諧波振幅內(nèi)造成顯著減弱。因此，橋接很容易被檢測到。在NAND輸出和VDD之間得橋接，也可以被檢測到，這種檢測會(huì)改變NANDP-NETwOrk的阻抗結(jié)果，但是這種改變不足以改變逆變器的邏輯輸出值。

3.3定位和診斷

在這一節(jié)中，主要研究定位探測電位節(jié)點(diǎn)，并診斷原因?；谝韵聨c(diǎn)設(shè)計(jì)定位程序：

轉(zhuǎn)換激發(fā)的寄生接觸會(huì)顯著影響電流的第一諧波振幅;非轉(zhuǎn)換激發(fā)的寄生接觸可能只會(huì)造成DC消耗，而不會(huì)影響電流的第一諧波振幅;

檢測只取決于第一諧波振幅的變化。逐步探索從輸入到輸出的網(wǎng)絡(luò)組合，在轉(zhuǎn)換傳遞路徑中每次增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣就可以通過觀察電流第一諧波振幅變化來定位節(jié)點(diǎn)。因此，一個(gè)定位程序可以從轉(zhuǎn)換得輸入節(jié)點(diǎn)開始，每一步轉(zhuǎn)換傳遞步驟，都采用FFT算法檢測第一諧波振幅的顯著變化。傳遞遇到缺陷節(jié)點(diǎn)時(shí)會(huì)及時(shí)的產(chǎn)生變化。最好在一個(gè)電路中只傳遞一個(gè)轉(zhuǎn)換。

4、結(jié)語

綜上所述，由于我國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)體制不斷的完善，要想進(jìn)一步促進(jìn)電子信息工程的長遠(yuǎn)發(fā)展，相關(guān)的工作人員就要合理的利用數(shù)字信號技術(shù)，逐步完善電子信息工程的硬件設(shè)備。

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（作者單位：陜西凌云電器集團(tuán)有限公司）