基于故障樹的微波功率組件自動測試系統(tǒng)

季 飛，李曉娟

(中國電子科技集團公司第三十八研究所，合肥 230088)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，雷達的集成度越來越高，作為重要組成部分的微波功率組件，其性能指標(biāo)的測試與故障的隔離成為設(shè)計師與維修者關(guān)注的焦點。由于各種原因?qū)е略O(shè)計師在設(shè)計微波功率組件時對可測試性重視不夠，對故障元器件不能及時檢測并隔離，對維修者來說具有很大難度。為了解決上述問題，本文將詳細(xì)講述一種微波功率組件自動化測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)具有精度高、多參數(shù)、頻帶寬等特點，適用于微波功率組件或收發(fā)組件技術(shù)指標(biāo)測試，以及返修測試及故障定位、引導(dǎo)維修等場合［1-3］。

1 系統(tǒng)組成

微波功率組件自動測試系統(tǒng)主要由以下儀表機柜、適配器、計算機和測試軟件等組成。各組成通過GPIB 電纜或網(wǎng)絡(luò)接口連接，最終通過GPIB 卡轉(zhuǎn)USB接入計算機。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

儀表機柜包含儀表和操作臺，用來放置測試所需的功率計、信號源、功率放大器、電源、矢網(wǎng)等測試設(shè)備。同時，適配器盲配板設(shè)計在機柜中下部，便于操作人員操作，符合人體工學(xué)設(shè)計。圖2 是儀表機柜實物示意圖。

適配器用于被測件和適配器盲配板之間的連接匹配，將各種不同的被測件轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的連接接口，并將被測件的需要測試信號進行整理劃分，實現(xiàn)適配器盲配板中連接器的盲插連接，操作簡單，安全可靠。例如，射頻信號的連接使用BMA 型和SBX 型的盲插連接器，滿足不同功率的要求;低頻信號使用CJ19 型的盲插連接器;直流電源信號的接插件選用DLA 型。適配器的設(shè)計對于測試系統(tǒng)的擴展變得簡單可行。對于新增的被測件，只要設(shè)計新的適配器就可以完成被測件與測試系統(tǒng)的無縫連接。圖3 是適配器實物圖。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 儀表機柜

圖3 適配器實物圖

雷達系統(tǒng)中的微波功率組件工作在高壓、大電流、脈沖等條件下，對于電壓和時序的要求比較高。因此，在適配器內(nèi)部集成設(shè)計了時序控制保護電路、電源控制保護電路，分別對輸入給組件的電壓做過欠壓、過流保護，對脈沖信號進行過寬、過比檢測，用于對被測試組件測試時的安全工作。另外，對適配器ID 管理的硬件也集成于適配器中。圖4 是適配器實物安裝示意圖。

圖4 適配器安裝示意圖

計算機是人機交互的工具。測試維修人員通過對計算機自動測試軟件的使用，完成對被測件的測試、故障隔離、維修等工作，并通過GPIB 總線對儀表進行指令控制、數(shù)據(jù)回讀;在測試結(jié)束時，將測試過程、測試數(shù)據(jù)等內(nèi)容送往打印機，打出報表。

2 自動測試需求

微波功率組件的主要指標(biāo)就是輸出功率、改善因子、脈沖頂降、脈沖上升下降沿等，除實現(xiàn)基本功能外還應(yīng)具有以下功能:

(1）自動校準(zhǔn)

為了保證測試數(shù)據(jù)的可信性及測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，有必要在每次測試前對測試系統(tǒng)的輸入功率、耦合度進行功率校準(zhǔn)，并將測量數(shù)據(jù)存入計算機，對組件測試數(shù)據(jù)自動補償。

(2）多指標(biāo)同時測試

微波功率組件的輸入輸出功率、相位特性、頻譜改善因子、脈沖寬度、電壓電流等指標(biāo)可同時采集并顯示于計算及測試界面。

(3）故障隔離與引導(dǎo)維修

通過測試軟件對功率組件進行智能引導(dǎo)測試，并對故障元器件進行隔離，并在測試軟件中尋找解決故障的方法，從而指導(dǎo)維修者解決問題。

(4）自動測試記錄與自動報表

測試數(shù)據(jù)報表功能避免人為輸入錯誤、提高測試效率。對測試數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫管理，完整記錄功率組件調(diào)試、故障、維修等環(huán)節(jié)，對產(chǎn)品質(zhì)量控制具有重要意義。

(5）測試中斷

在測試過程中，可暫停測試，方便工程人員輔助人工操作，核對操作步驟、儀表設(shè)置、數(shù)據(jù)確認(rèn)等工作。同時，測試過程中可能會遇到一些異常情況，測試系統(tǒng)必須具有自動中斷功能，關(guān)閉電源和信號源，有效保護測試儀表和被測件。

3 故障樹模型建立

故障樹FT(Fault Tree）模型是一個基于被診斷對象結(jié)構(gòu)、功能特征的行為模型，是一種定性的因果模型，以系統(tǒng)最不希望事件為頂事件，以可能導(dǎo)致頂事件發(fā)生的其他事件為中間事件和底事件，并用邏輯門表示事件之間聯(lián)系的一種倒樹狀結(jié)構(gòu)。它反映了特征向量與故障向量(故障原因）之間的全部邏輯關(guān)系［4］。圖5 是一個微波功率組件的故障樹。圖中的頂事件為輸出功率故障，由第一級功率管、第二級功率管、第三級1～8 功率管或電源引發(fā)。任意故障都可能引發(fā)頂事件。而第一級功率管的故障又是由第一級電源板或第一級功率管失效引起的。電源故障由電源短路或電源斷路故障直接故障引起的。故障樹顯示了被測件故障之間的層次關(guān)系和內(nèi)在聯(lián)系［5-6］。

圖5 功率組件故障樹示意圖

該組件在設(shè)計中的可測試性沒有覆蓋到每一個功率管，因此在本自動測試系統(tǒng)中采用級聯(lián)順序排除法實現(xiàn)功率管的故障隔離。具體方法是根據(jù)輸出功率的大小判斷哪一級或哪一個功率管可能出現(xiàn)故障，按照從組件的輸入到輸出的順序逐一排除。

在測試時，故障樹每個樹節(jié)點參數(shù)是自動測試完成的，但需要人工輔助斷開某個功率管的激勵或電源電壓輸入，確保故障樹每個節(jié)點參數(shù)測試的準(zhǔn)確性。

4 測試軟件及測試流程

自動測試軟件是集合測試模塊分類表、測試方法表、測試步驟表、故障分類表、測試參數(shù)表、圖紙分類表、儀表設(shè)置表、測試報告等相關(guān)數(shù)據(jù)表格。這些表格構(gòu)成了自動測試軟件的數(shù)據(jù)庫。圖6 是數(shù)據(jù)庫組成框圖。

圖6 數(shù)據(jù)庫組成框圖

測試軟件通過數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)對儀表控制，采集測試數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)數(shù)據(jù)進行對比，對故障元器件進行隔離，并找到維修方法。

測試流程主要由公共測試步驟和自動測試步驟組成。圖7 是測試流程框圖。

圖7 測試流程

公共測試流程按照如下順序進行:儀表機柜電源開啟，儀表狀態(tài)自檢，被測件圖號輸入，適配器狀態(tài)自檢，被測件裝配檢查。通過公共步驟的執(zhí)行，基本準(zhǔn)備工作已完成，接下來測試系統(tǒng)進入到自動測試步驟。主要執(zhí)行順序如圖8所示。

圖8 自動測試步驟

自動測試開始后出現(xiàn)自動測試界面，如圖9所示。該界面包含被測件信息、被測件結(jié)構(gòu)、波形顯示、測試指標(biāo)列表、插件圖、測試流程、故障名稱提示、維修建議等部分。

圖9 測試軟件界面

5 結(jié)束語

本系統(tǒng)可實現(xiàn)微波功率組件自動測試、故障隔離、引導(dǎo)維修等工作，提高測試效率，為微波功率組件的準(zhǔn)確測量和故障隔離提供了有效的平臺。該測試臺在雷達、通信、電子對抗等領(lǐng)域的功率測試都有廣泛的應(yīng)用前景。

［1］李行善，左毅，孫杰.自動測試系統(tǒng)集成技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［2］鄭新，等.雷達發(fā)射機技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006.

［3］胡明春，等.相控陣?yán)走_收發(fā)組件技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2010.

［4］李立功.現(xiàn)代電子測試技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2008.

［5］王玉剛，王海東.基于故障樹的某型裝備故障診斷專家系統(tǒng)［J］.儀器儀表用戶，2012，19(2）:3-5.

［6］柯銘銘，路平.故障樹在無人機發(fā)射機故障診斷中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34(19）:71-74.