数字信号处理技术在故障检测和定位中的应用

数字信号处理技术在故障检测和定位中的应用

蒋照菁

（国防科技大学，湖南长沙410073）

摘要：利用采样电流或电压的数字信号处理技术，探究出一种检测和定位故障和缺陷的测试办法，简单并应用于显著静止电流，同时，这也可以寻找准塑性电阻接点，因而探讨该办法应用于故障原因诊断所具有的潜力。

关键词：故障检测；数字信号；诊断

1引言

现在的大时代，太多对于测试方法研究，很多都是为故障检测而来，可以理解为，一个电路是否是可测，怎么测，大多方法都是定位或诊断过程中失败的原由。可是故障检测则是生产测试中现在最需要解决的存在，当然，定位或检测出故障也是关键问题，这是由于可以减少新产品投放时间，创造出更大价值。因此，非常有利助于识别需要设计或过程中发生改变却低收益率的主要产量流，早期阶段更是凸显出极大价值。例如促进激光切割技术，焊接技术，从而对原型改进。其中容错机制又是电路故障方面的另需要求。

2方法

探讨理论基础于下文：

（1）首先给定一个敏感传递路径，刺激传递是至少需要经过一次跃迁（0-1或1-0）;

（2）将这些数据每小时进行一次记录:输出信号、输出电流或是输出电压;

（3）分析信号处理对数字化转换的样品。

应用此方法可以让给定的路径敏感，刺激缺陷让能量消耗加快或是停止传递。停止传递会有显著功耗的缺陷，从而改变供电电源的电流波形数据，造成电压输出改变。因检测和定位故障和缺陷，会对针对输出信号转换，例如波形的变化。过渡刺激应用于故障检测和故障诊断，现已在电压输出得到确认。数据得出过渡是测试中的良好刺激，利于测试。

通过对输出信号数据多次采样，便可以从信号波形知道更多需要的信息。结论的提取是输出信号频谱数据进行估计得出的。各种类型解析导致频谱进行估计。此次研究用到8点快速傅里叶变换法（FFT）来进行精准频谱估计，此方法可以极容易检测到出现故障或缺陷造成显著波形的变化，哪怕就仅是频谱开始时候（DC，第一次谐波）也检测得到。现今这个分析法是所有方法中最简便，简单的。

此篇文中，将普通输入向量进行创建和转换。另外还探究了这个方法存在的潜力和消费技术上的普遍性。文中也大大减少快速傅里叶变换法中的有效样本量，16减到8，减少了一半。

3检测

本文中全部数据结果，哪怕是FFTs，都运用HSPICE仿真可以得到，FFTs的数据需要在一个40ns区间（不可以平稳时间）内得到的，继电器上的寄生电容可以使用电阻去建立模型。

3.1桥接

若是信号和电线的接地端（GND）发生桥接，便会形成固定0故障，此时电路将会转换成电流电压的转换器。

实际中，发生的寄生桥接，会测到大量的数据，虽然不会直接的导致固定0故障发生，但是于逻辑输出值上来讲，故障检测本身就存在一定困难。

发生寄生桥接关系的信号和数字电源（VDD），若是按电流分量振幅来进行计算的话，结果是会发现上一组与GND桥接的得到的数据非常相似。

多次模型数据计算得出的，不只是VDD或GND信号发生的寄生电阻产生的桥接点，其他信号产生的桥接点也很可以大范围检测出。例如，11和15之间，或5和9之间的桥接点。利用相反逻辑值接点够长，将会使电流消耗大大增大，这个数值将会被检测到，这个桥接因为没有引起较差的逻辑值，都是可以使用方法检测出。

3.2开路

操作过程中出现浮栅开路故障，一般情况不会让电流频谱的数值发生很大的改变。不过转换传递会到输出引脚处，此刻去看电压值，可以发现内在发生了转换。也可以悉心观察逻辑值，发现转换的存在，别的信息可以用8点位快速离散傅里叶变换法（FFT）计算得出，当然，也可以使用第一谐波相位分量进行估算延迟。

3.3完善技术

为了表达清晰并容易理解显著静态电流技术法，所以先使用PSEUDO-NMOS2输入NAND，然后布置一个CMOS静态逻辑的电路，进行三种环境测试：第一是没有任何故障;第二是NAND输出与GND中添加一个10千欧电容桥;第三是在NAND输出和VDD中添加一个10千欧的电容桥;得到每种情况下，NAND输入被转换，另一个成了逻辑转换。第一无故障组，波形中出现一个转换，若是二个都设置成逻辑输入，那将会出现直线消耗。第二组NAND输出和GND，二者需要桥接，在刺激下，添加了消耗，并且于第一谐波振幅内会有减弱。所以桥接是件极容易被检测出。第三组NAND输出和VDD，二者也是需要桥接，便可检测到，检测会改变NANDp-Network的阻抗数据，却又对逆变器的逻辑输出值影响不大。

4定位和诊断

此章节中，探究定位探测电位节点为目标，还需诊断并说明出原因。

根据给出下面几点设计定位程序：

（1）经过转换激发，寄生接触极大程度上造成电流第一谐波振幅数据受到影响;

（2）没有经过转换激发，寄生接触只是多了DC消耗，没有一点程度上影响到电流的第一谐波振幅的数据;

（3）只需要得到第一谐波振幅的数据。

从开始输入到输出，需要在每一个转换传递过程添加一个节点，便于得到数据从而观察电流第一谐波振幅发生得变化，找到需要的定位节点。所以，开始的定位程序便是从转换得到的输入节点，一步一步转换传递得到实用数据，过程中可以用FFT算法计算检测第一谐波振幅数据变化。但是在传递过程中若是遇到了缺陷节点，那么瞬时便会有数据变化。所以一般一个电路中一般传递一个转换。

5总结

电路故障检查和定位测试，文中使用的原理，是电路在敏感路径中传播中产生刺激。从样本上运行一个8点FFT，将需对电路中电源产生的电流和输出电压数据采集，此时，8点FFT将数据信号频谱预算。得出实验结果转换刺激应用于电流测试效果很有用，证明此方法可以使用于显著静态电流技术中。

此时，数据中得出寄生电容触电于较大范围中是可以被测出查到，尽管触点不引起出现错误的逻辑行为。解析供电电流频谱后，再在解析输出电压频谱时，是可以检测开路和传播过程中延迟数据的，提高准确性。

有一种简便的方法，便可以得出寄生电阻接触点，原理是由于转换模拟缺陷会引起的第一谐波振幅，第一谐波振幅的数据是会变化的，但是可使用技术检测得到，所以根据数据的变化的性质，进行对缺陷找到原因并解决。

参考文献

[1]数字信号处理技术的应用与发展[J].王志勇,王强.黑龙江科学.2017(21)

[2]数字信号处理技术的发展及应用[J].廖运夺,何海浪.广东蚕业.2017(08).

作者简介：蒋照菁（1991.03-），男，民族：回族，江苏南京人。