淺談模擬電路故障原因與診斷方法

摘要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)科技快速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)依托現(xiàn)有的技術(shù)逐漸向現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)變，在現(xiàn)代化進(jìn)程中電子設(shè)備在各領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，電路是電子設(shè)備的硬件基礎(chǔ)，特別是當(dāng)前對(duì)模擬電路的研究還不夠深入，為了保證電子設(shè)備能夠正常使用滿(mǎn)足人們的需求，需要在發(fā)展中不斷進(jìn)行探索增加模擬電路的可靠性。本篇文章首先探討模擬電路故障的類(lèi)型和成因，深入分析模擬電路故障診斷特點(diǎn)進(jìn)而有效區(qū)別于數(shù)字電路，并且提出更現(xiàn)代科學(xué)的模擬電路故障診斷方法，希望可以為以后的模擬電路故障排除工作實(shí)踐提供借鑒。

關(guān)鍵詞：模擬電路;故障原因;診斷方法

一、模擬電路故障類(lèi)型及成因

故障電路是不能達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定功能和指標(biāo)的電路，模擬電路出現(xiàn)故障主要是由于長(zhǎng)期使用過(guò)程中導(dǎo)致相關(guān)元件和電路產(chǎn)生老化磨損，還有一部分是由于設(shè)計(jì)缺陷或者是后期生產(chǎn)過(guò)程中工藝技術(shù)落后。根據(jù)故障發(fā)生的實(shí)際情況可以進(jìn)行分類(lèi)，比如偶然故障就是指在正常有效期內(nèi)發(fā)生的模擬電路故障，通常我們所說(shuō)的損耗故障就是長(zhǎng)期使用老化磨損和電路疲勞造成的。除此之外，模擬電路使用初期出現(xiàn)故障主要是由設(shè)計(jì)或制造原因產(chǎn)生的稱(chēng)為早期故障，此種故障出現(xiàn)時(shí)會(huì)隨著使用時(shí)間變化，導(dǎo)致電路出現(xiàn)故障的概率會(huì)逐漸降低。偶然故障就是在電路使用有效期內(nèi)有偶然因素影響突然引發(fā)的故障，模擬電路出現(xiàn)偶然故障的概率還是非常低的。在使用過(guò)程中可以了解到，電路老化磨損造成的故障，會(huì)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)此種故障概率增加。按照故障發(fā)生的數(shù)量也分為單故障和多故障，在模擬電路中如果只有一個(gè)元件出現(xiàn)故障就是單故障，模擬電路中出現(xiàn)單故障主要是發(fā)生在使用中的設(shè)備上此時(shí)出現(xiàn)故障的可能是一個(gè)元件或者是一個(gè)參量，與之相對(duì)應(yīng)的模擬電路中有多個(gè)元件出現(xiàn)故障時(shí)就被稱(chēng)為多故障。從故障發(fā)生程度來(lái)看也分為軟和硬故障兩種，模擬電路中各元件在使用過(guò)程中隨時(shí)間變化相關(guān)參數(shù)會(huì)超出其正常范圍此時(shí)超出的數(shù)值還在其極限承受之內(nèi)，元件屬性還未完全喪失，就是軟故障。模擬電路中出現(xiàn)硬故障時(shí)，主要是相關(guān)元件發(fā)生根本變化，出現(xiàn)斷路或者是類(lèi)似現(xiàn)象。

二、模擬電路故障診斷特點(diǎn)

利用現(xiàn)代化技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬電路故障診斷，在診斷過(guò)程中根據(jù)模擬電路現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，及時(shí)輸入信號(hào)檢測(cè)其反應(yīng)狀態(tài)，通過(guò)信號(hào)收集確定故障發(fā)生的位置，分析具體原因。模擬電路出現(xiàn)故障，利用模擬信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)是與數(shù)字信號(hào)有一定差別的，所以在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中需要立足模擬電路的的實(shí)際特征。下面對(duì)其具體特征進(jìn)行分析：模擬電路發(fā)展比較慢，目前人們進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)可以測(cè)試的電壓節(jié)點(diǎn)比較少，由于此種原因會(huì)導(dǎo)致不能真正分析的模擬電路故障的詳細(xì)信息，因此在故障診斷中很容易出現(xiàn)定位不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，或者是不能診斷出故障。第二，模擬電路的元器件離散性非常強(qiáng)，由于此種容差特性，所以模擬電路本身是準(zhǔn)許有小故障存在的，所以在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中可能會(huì)對(duì)準(zhǔn)確性造成一定的影響，加大了模擬電路故障檢測(cè)的難度。第三，模擬電路連接中信號(hào)輸入輸出都是具有一定連續(xù)性，這樣也會(huì)導(dǎo)致元件參數(shù)連續(xù)性比較，進(jìn)而增加了診斷的復(fù)雜程度。第四，模擬電路中的非線(xiàn)性元件使得電路非線(xiàn)性化，這也在一定程度上增加了模擬電路故障診斷的工作量。第五模擬電路是受環(huán)境影響比較大的，模擬電路信號(hào)輸出過(guò)程中，不僅受到生產(chǎn)制造工藝影響還受實(shí)際情況環(huán)境因素影響。由此可知，分析模擬電路故障必須立足其基本特點(diǎn)尋找更科學(xué)的診斷方式。

三、模擬電路故障診斷方法

在過(guò)去各項(xiàng)技術(shù)不發(fā)達(dá)，人們會(huì)利用傳統(tǒng)模擬電路故障方法進(jìn)行診斷，在診斷過(guò)程中首先需要專(zhuān)業(yè)診斷人員及自身的經(jīng)驗(yàn)了解現(xiàn)有的電路故障，確定出故障集在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中尋找出響應(yīng)點(diǎn)，根據(jù)故障發(fā)生的情況及時(shí)處理并且進(jìn)行總結(jié)，形成自己的模擬電路故障特征參考資源。其次，傳統(tǒng)對(duì)模擬電路進(jìn)行診斷時(shí)，需要按照故障電路情況施加相似條件，根據(jù)建立的故障字典及時(shí)查出具體故障，按照傳統(tǒng)的方法線(xiàn)性與非線(xiàn)性模擬電路故障都可以及時(shí)診斷出來(lái)，但若是模擬電路故障過(guò)于復(fù)雜，此種方法很難及時(shí)快速找出故障，所以在現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中人們不滿(mǎn)足于傳統(tǒng)的診斷方式，在深化理論和實(shí)踐研究的基礎(chǔ)上提出了現(xiàn)代化模擬電路故障診斷方式，而且傳統(tǒng)的模擬電路故障診斷中計(jì)算量比較大，而且受各種因素影響很容易導(dǎo)致出現(xiàn)診斷模糊。現(xiàn)代化發(fā)展中對(duì)模擬電路故障診斷方法研究不斷深入，在當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域研究中人們主要是依靠人工智能和現(xiàn)代信號(hào)處理來(lái)探索出模擬電路故障診斷的新方法。

（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-小波分析故障診斷法

小波變換的含義是：把一稱(chēng)為基本小波的函數(shù)ψ（t）做位移τ后，再在不同尺度α下與待分析信號(hào)χ（t）做內(nèi)積依托現(xiàn)代化技術(shù)利用小波分析模擬電路故障，主要是利用小波母函數(shù)對(duì)模擬電路信號(hào)進(jìn)行分析。首先確定合適的小波母函數(shù)，以此為基礎(chǔ)分析其局限性。在具體診斷過(guò)程中，利用設(shè)備檢測(cè)信號(hào)奇異性，觀(guān)察設(shè)備中信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)變化，根據(jù)實(shí)際變動(dòng)進(jìn)行診斷，此種故障診斷方法在應(yīng)用過(guò)程中特殊要求和工作量比較少，診斷準(zhǔn)確度非常高。但是由于模擬電路的尺度比較大，所以在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中會(huì)受到一定的影響，時(shí)域范圍拓展導(dǎo)致檢測(cè)出現(xiàn)延遲，除此之外還受相關(guān)因素影響可能導(dǎo)致診斷結(jié)果出現(xiàn)誤差。

小波分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有兩種結(jié)合方式：一是松散型結(jié)合，二是緊致型結(jié)合。松散型結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)預(yù)處理采用的最常見(jiàn)的方式，目前緊致型結(jié)構(gòu)的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也已成功用于模擬電路的去噪和特征提取。由于緊致型小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是用非線(xiàn)性小波基代替非線(xiàn)性的sigmoid函數(shù)，通過(guò)仿射變換建立小波變換與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接，具有更強(qiáng)的逼近能力和收斂速度，不管是用于特征提取還是故障診斷都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與小波分析相互結(jié)合，二者嵌套過(guò)程中，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行自學(xué)，基于小波運(yùn)算變換特征，使得此種故障診斷方法靈活性比較大。由此可知，該診斷方法的運(yùn)用拓寬了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波分析的應(yīng)用領(lǐng)域。

（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-專(zhuān)家系統(tǒng)故障診斷

現(xiàn)代信息技術(shù)廣泛應(yīng)用，在各個(gè)領(lǐng)域逐漸實(shí)現(xiàn)了人工智能化發(fā)展，目前影響最大的的就是專(zhuān)家系統(tǒng)，專(zhuān)家系統(tǒng)以知識(shí)為基礎(chǔ)進(jìn)行服務(wù)，此系統(tǒng)在工作中按照既定原則對(duì)專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行有效描述，在智能化發(fā)展的過(guò)程中可以快速深入到診斷專(zhuān)家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)以此來(lái)解決模擬電路故障問(wèn)題，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中按照?qǐng)?bào)警信息進(jìn)行推理分析，以此為基礎(chǔ)直接明確故障發(fā)生原因。專(zhuān)家系統(tǒng)智能化非常強(qiáng)，系統(tǒng)內(nèi)部具有知識(shí)庫(kù)，為了解決該領(lǐng)域的復(fù)雜問(wèn)題可以全面模擬人類(lèi)專(zhuān)家決策，根據(jù)問(wèn)題可以提出針對(duì)意見(jiàn)，此種診斷方法實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)系統(tǒng)的人工化，可以分散存儲(chǔ)信息，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成完整映射，但是此系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中也會(huì)讓人看到其存在的不足，系統(tǒng)知識(shí)需要不斷更新難度比較高，與小波分析相比較而言此種診斷方式還需要向自學(xué)習(xí)性更進(jìn)一步發(fā)展。

（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法是一個(gè)廣泛連接的巨型系統(tǒng)，能分布式存儲(chǔ)信息，具有并行處理功能和自學(xué)習(xí)、自組織和自適應(yīng)功能。采用物理上可以實(shí)現(xiàn)的器件、系統(tǒng)或現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人腦的結(jié)構(gòu)和功能。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別適合處理那些故障診斷中無(wú)法用顯性公式表示的、具有復(fù)雜非線(xiàn)性關(guān)系的情況，能夠出色解決那些由于非線(xiàn)性、反饋回路和容差等引起的傳統(tǒng)模式識(shí)別方法難以圓滿(mǎn)解決的問(wèn)題。它以分布的方式存儲(chǔ)信息，利用網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和權(quán)值分布實(shí)現(xiàn)非線(xiàn)性的映射，利用全局并行處理實(shí)現(xiàn)從輸入空間到輸出空間的非線(xiàn)性信息變換，有效解決了復(fù)雜系統(tǒng)故障診斷中存在的故障知識(shí)獲取“瓶頸”、知識(shí)推理“組合爆炸”等問(wèn)題。它以其諸多優(yōu)點(diǎn)，如并行分布處理、自適應(yīng)、聯(lián)想記憶等，在智能 故障診斷中受到越來(lái)越廣泛的重視，而且已顯示出巨大的潛力，并為智能故障診斷的研究開(kāi)辟了一條新途徑。

總結(jié)

由以上論述可知，目前社會(huì)條件下模擬電路應(yīng)用比較廣泛，在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中的家用電器、軍工等各領(lǐng)域包含，設(shè)備在使用過(guò)程中出現(xiàn)電路故障非常常見(jiàn)，此時(shí)需要及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行故障診斷，根據(jù)模擬電路的應(yīng)用狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行故障定位，采取針對(duì)性的措施處理故障，有效保證模擬電路穩(wěn)定可靠性。在現(xiàn)代化發(fā)展過(guò)程中模擬電路逐漸變得復(fù)雜，利用信息技術(shù)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)模擬電路故障診斷的創(chuàng)新，增加診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高模擬電路故障診斷效率，盡可能降低電路故障帶來(lái)的損失，促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)生活正常進(jìn)行。

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作者簡(jiǎn)介：查紅艷，1984年12月出生，女，河南周口，碩士研究生，研究方向：激光告警生產(chǎn)調(diào)試。

（作者單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十七研究所）