Автоматизированная система контроля работоспособности и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры Российский патент 2018 года по МПК G05B23/02 

Заявленное техническое решение относится к области технической диагностики, в частности - к устройствам и способам контроля работоспособности и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), включая РЭА из состава изделий вооружения и военной техники (ВВТ).

Известны автоматизированные системы контроля работоспособности и диагностики неисправностей РЭА (АСКД), представляющие собой автоматизированные многоканальные многопараметровые измерительные системы, включающие в свой состав компьютер и подключенную к компьютеру аппаратуру каналов формирования тестовых воздействий и каналов измерения сигналов отклика РЭА на тестовые воздействия.

Примером известного технического решения, принимаемого в качестве ближайшего аналога, является АСКД по патенту RU 2504828.

Достоинствами известного технического решения по патенту RU 2504828 являются:

1) применение подключения каналов АСКД к объектам контроля (РЭА) с помощью сменных адаптеров, учитывающих отличие присоединительных характеристик контролируемой РЭА от присоединительных характеристик каналов АСКД;

2) повышение достоверности контроля работоспособности и диагностики неисправностей РЭА за счет применения идентификаторов сменных адаптеров и идентификаторов РЭА.

Недостатками известного технического решения по патенту RU 2504828 являются:

1) невозможность контроля и диагностики современной РЭА, требующей применения тестовых импульсных сигналов малой длительности, высокой частоты повторения импульсных сигналов в каналах формирования тестовых воздействий и в каналах измерения сигналов отклика АСКД;

2) необходимость введения в АСКД избыточных каналов для формирования опросных сигналов идентификации типа сменного адаптера и объекта контроля, дополнительных каналов измерения параметров идентификационных сигналов, а также введения дополнительных электрических цепей в сменных адаптерах и использования дополнительных контактов сменных адаптеров для передачи опросных сигналов идентификации и ответных идентификационных сигналов типа сменного адаптера и типа объекта контроля.

Целью заявленного технического решения является устранение недостатков системы-аналога по патенту RU 2504828, в том числе:

1) расширение области применения АСКД для контроля работоспособности и диагностики неисправностей современной РЭА, требующей применения тестовых и измерительных сигналов малой длительности, более высокой частоты и с более широким диапазоном амплитуд (устранение ограничений со стороны аппаратуры каналов АСКД и пассивных сменных адаптеров);

2) обеспечение идентификации сменных адаптеров и объектов контроля бесконтактными методами.

Первый недостаток системы-аналога обусловлен влиянием паразитных параметров электрических цепей сменных адаптеров (паразитные емкости, индуктивности, сопротивление цепей). Электрические цепи реализуются в сменных адаптерах в виде проводников, соединяющих контакты разъемов адаптера со стороны подключения к АСКД с контактами разъемов адаптера, предназначенных для подключения объектов контроля (РЭА). Паразитные связи между электрическими проводниками сменных адаптеров приводят к искажениям формы тестовых сигналов и сигналов отклика. В результате минимальная длительность импульсных сигналов, передаваемых через электрические цепи сменного адаптера с приемлемыми искажениями, обычно имеет значения не ниже 25÷10 нс (10^-9 с), что соответствует предельным частотам повторения импульсных сигналов не выше 10÷40 мГц.

Первый недостаток системы-аналога обусловлен также ограниченным диапазоном амплитуд тестовых сигналов и сигналов отклика в аппаратуре АСКД. Применение в каналах формирования тестовых воздействий и в каналах измерения сигналов отклика АСКД аппаратуры с более широким диапазоном амплитуд формируемых и измеряемых сигналов проблематично, т.к. ведет к необоснованному удорожанию АСКД. Не каждый тип РЭА (объектов контроля) требует применения сигналов с широким динамическим диапазоном амплитуд. С другой стороны, ограничение динамического диапазона амплитуд сигналов в каналах АСКД приводит к тому, что определенная номенклатура объектов контроля (типов РЭА) оказывается неконтролепригодной. Это ведет к удорожанию работ по техническому обслуживанию и восстановительному ремонту изделий (в том числе - изделий ВВТ), в которых применяется РЭА с более широким диапазоном амплитуд сигналов на входах и выходах.

Второй недостаток системы-аналога обусловлен тем, что для опроса схем идентификации, установленных на сменном адаптере и на объекте контроля, а также для измерения сигналов отклика от идентификаторов необходимо вводить в состав АСКД дополнительные каналы формирования сигналов опроса и каналы измерения сигналов отклика, что ведет к удорожанию АСКД. При этом на сменных адаптерах необходимо выделять дополнительные контакты для реализации цепей идентификации собственно адаптера и идентификации объекта контроля, что усложняет и удорожает сменный адаптер.

Заявленный технический результат достигается тем, что в состав АСКД для подключения объектов контроля (РЭА) к каналам формирования тестовых воздействий и к каналам измерения сигналов отклика вводят сменный активный адаптер, осуществляющий согласование параметров каналов АСКД с параметрами входов и выходов объектов контроля. В состав сменного активного адаптера входят электронные схемы согласования тестовых сигналов от АСКД и сигналов отклика с выходов объектов контроля, а также схема синхронизации и схема оперативной памяти, имеющая в своем составе область памяти тестовых сигналов и область памяти сигналов отклика. На сменном адаптере и на объекте контроля размещены штрих-кодовые или радиочастотные идентификационные метки. В состав АСКД входят считыватель идентификационных данных, подключенный к компьютеру АСКД, а также контрольный щуп для подключения к внутренним контрольным точкам электрических цепей объекта контроля (используемый при диагностике неисправностей объекта контроля).

Структурная схема автоматизированной системы контроля работоспособности и диагностики неисправностей РЭА по заявленному техническому решению представлена на чертеже (фиг. 1). Устройство активного сменного адаптера, используемого при реализации заявленного способа, поясняется на чертеже (фиг. 2). Принципы согласования параметров сигналов на входах и выходах объекта контроля с параметрами сигналов на входах и выходах АСКД с применением активного сменного адаптера поясняются на фиг. 3 и фиг. 4.

В состав автоматизированной системы контроля работоспособности и диагностики неисправностей (см. фиг. 1) входит объект контроля 1 (например, в виде функционального узла РЭА на печатной плате), который через сменный адаптер 2 подключен к программно управляемым источникам 3 входных тестовых сигналов (включая программно управляемые источники электропитания) и к входам измерителей 4 параметров сигналов отклика объекта контроля 1 на тестовые сигналы от источников 3. Входы программно управляемых источников входных тестовых сигналов 3 и выходы измерителей сигналов отклика 4 подключены к выходам и входам компьютера 5 АСКД. На сменном адаптере 2 установлен идентификатор адаптера 6, а на объекте контроля 1 установлен идентификатор объекта контроля 7. К компьютеру 5 подключен считыватель идентификационных данных 8, кодовым входом подключенный к компьютеру 5, а считывающим входом подключенный к идентификатору адаптера 6 и идентификатору объекта контроля 7.

В состав сменного адаптера введены дополнительно схема согласования тестовых сигналов 9, схема согласования сигналов отклика 10, схема синхронизации 11 и схема оперативной памяти 12, имеющая в своем составе область памяти тестовых сигналов 12-1 и область памяти сигналов отклика 12-2.

Схема согласования тестовых сигналов первой группой входов соединена с выходами области памяти тестовых сигналов 12-1 схемы оперативной памяти 12, синхронизирующим входом соединена с соответствующим выходом схемы синхронизации 11, а выходами соединена с контактами сменного адаптера 2, к которым подключены входы объекта контроля 1.

Схема согласования сигналов отклика 10 входами соединена с контактами сменного адаптера 2, к которым подключены выходы объекта контроля 1, выходами соединена с входами области памяти сигналов отклика 12-2 схемы оперативной памяти 12, синхронизирующим входом соединена с соответствующим выходом схемы синхронизации 11.

Схема синхронизации 11 выходами соединена с соответствующими входами схемы согласования тестовых сигналов 9, схемы согласования сигналов отклика 10 и схемы оперативной памяти 12, а входами соединена с соответствующими контактами сменного адаптера 2, подключенными к синхронизирующим выходам источников тестовых сигналов 3 АСКД.

В память компьютера 5 предварительно занесена программа контроля работоспособности и диагностики неисправностей конкретного типа объекта контроля 1. В состав программы входят идентификационные данные типа объекта контроля 1, для работы с которым предназначена программа контроля, и идентификационные данные сменного адаптера 2, с помощью которого должно осуществляться подключение данного объекта контроля 1 (данного типа объекта контроля) и согласование параметров взаимодействия объекта контроля 1 с параметрами источников тестовых воздействий 3 и измерителей сигналов отклика 4.

Для контроля типа объекта контроля 1, подключенного к сменному адаптеру 2, по указаниям программы контроля (воспроизводимым на экране компьютера 5) считыватель идентификационных данных 8 подсоединяют к идентификатору 7 (подносят на расстояние, обеспечивающее считывание идентификационных данных). Коды идентификационных данных с выхода считывателя 8 сравнивают в компьютере 5 с идентификационными данными программы контроля. При совпадении идентификационных данных программа выдает указание по переходу к идентификации сменного адаптера. При несовпадении осуществляют замену объекта контроля 1 на тип, заданный по программе контроля.

Для контроля типа сменного адаптера 2 считыватель 8 подносят к идентификатору 6, размещенному на данном экземпляре сменного адаптера 2. Производят считывание идентификационных данных этого экземпляра адаптера и сравнивают полученные данные с данными, занесенными в программу контроля. При совпадении данных программа выдает на экране компьютера 5 указание к переходу к процессам контроля и диагностики объекта 1. При несовпадении программа выдает указание о замене типа сменного адаптера 2 на тип, заданный по программе контроля.

На основе рассмотренной системы реализуется способ (пункты 5÷8 формулы изобретений). Аналогом является способ по патенту RU 2488872.

Общая реализация заявленного способа контроля работоспособности и диагностики неисправности объектов контроля 1 по заявленному техническому решению идентична реализации этой процедуры по способу-аналогу (по патенту RU 2488872). Отличие заключается в реализации согласования параметров источников тестовых воздействий 3 и измерителей сигналов отклика 4 с параметрами входа и выхода объекта контроля 1.

В случае, когда импульсные сигналы, которые необходимо подавать на объект контроля 1, а также импульсные сигналы отклика с выходов объекта контроля 1 имеют значительно меньшую длительность, чем параметры сигналов и источников тестовых воздействий 3 и параметры сигналов на входах измерителей сигналов отклика 2, работа АСКД (фиг. 1) с применением активного сменного адаптера происходит следующим образом.

1. По программе контроля с выходов источников формирования тестовых воздействий 3 на схему согласования тестовых сигналов 9 в составе сменного адаптера 2 поступает штатный импульсный сигнал АСКД (см. фиг. 3) A₁, длительность которого τ₁ значительно больше, чем требуется для проверки работоспособности объекта контроля 1. Одновременно с синхронизирующих выходов источников формирования тестовых сигналов 3 на схему синхронизации 11 поступает синхросигнал, имеющий аналогичную длительность τ₁.

2. По переднему фронту синхросигнала, поступившего с выходов источников формирования тестовых сигналов 3, схема синхронизации 11 формирует управляющий сигнал A₂ требуемой длительности τ₂, который поступает на синхронизирующий вход схемы согласования тестовых сигналов 9.

3. Под воздействием поступившего на синхронизирующий вход управляющего сигнала A₂ длительностью τ₂ схема согласования 9 выдает на объект контроля 1 заданную по сигналам с выходов источников 3 комбинацию тестовых сигналов требуемой амплитуды A₃ и длительности τ₂ (см. фиг. 3).

4. Под действием поступившей на объект контроля 1 заданной по программе контроля комбинации тестовых сигналов амплитудой A₃ и длительностью τ₂ на выходах объекта контроля 1 формируются сигналы отклика с амплитудой A₄ и длительностью τ₂ (см. фиг. 4).

5. С выходов объекта контроля 1 сигналы отклика с амплитудой A₄ и длительностью τ₂ поступают через контакты сменного адаптера 2 на входы схемы согласования сигналов отклика 10, где параметры этих сигналов преобразуются в эквивалентные параметры, пригодные для восприятия измерителями сигналов отклика 4 АСКД. С этой целью длительность преобразованных сигналов увеличивается со значения τ₂ до значения τ₁, а амплитуда преобразованных сигналов уменьшается до пропорционального значения A₄.

При этом

A₄=К_прА_отк,

где А_отк - амплитуда сигнала отклика с выхода объекта контроля 1;

К_пр - коэффициент преобразования, приводящий значения амплитуды отклика А_отк к эквивалентному значению A₄.

Максимальное значение амплитуды преобразованного сигнала A₄ не должно выходить за пределы динамического диапазона измерителей сигналов отклика 4 АСКД.

Рассмотренная процедура используется при воздействии на объект контроля 1 одиночными комбинациями сигналов тестовых воздействий или при существенных интервалах между подачей на объект контроля 1 следующих друг за другом комбинаций сигналов тестовых воздействий.

В случае высокой частоты следования комбинаций тестовых воздействий f₁, необходимых для контроля работоспособности объекта 1 в штатных режимах, требуемая частота воздействий f₁ существенно превышает реализуемую в АСКД частоту f₃ выдачи комбинаций тестовых воздействий с источников формирования тестовых воздействий 3 АСКД (фиг. 1). Для этих случаев используют преобразование частот f₃ в f₁ и f₁ в f₄ с применением схемы оперативной памяти 12, размещаемой на сменном активном адаптере 2 (см. фиг. 2).

Заданная по программе контроля последовательность комбинаций тестовых сигналов с выходов источников тестовых сигналов 3 поступает (с частотой f₃) в область сигналов тестовых воздействий 12-1 схемы оперативной памяти 12 активного адаптера (под управлением синхросигналов с выхода схемы синхронизации 11). После завершения цикла передачи в схему оперативной памяти 12 полного набора (пакета) тестовых комбинаций от АСКД, с выхода источников тестовых воздействий 3 АСКД на схему синхронизации 11 адаптера от АСКД поступает сигнал управления, по которому в оперативную память 12 со схемы синхронизации 11 подаются синхросигналы штатной частоты f₁ объекта контроля 1, обеспечивающие выдачу тестовых комбинаций из области 12-1 схемы оперативной памяти 12 на схему согласования 9. Со схемы согласования тестовых сигналов 9 через контакты разъема адаптера 2 на объект контроля 1 выдается накопленный в схеме оперативной памяти 12 (в области памяти 12-1) пакет комбинаций тестовых воздействий, которые поступают на объект контроля 1 с требуемой частотой следования f₁, амплитудой А₃ (см. фиг. 3) и длительностью τ₂.

В ответ на последовательность тестовых комбинаций, поступающих из схемы оперативной памяти 12 через схемы согласования тестовых сигналов 9 на объект контроля 1, с выходов объекта контроля 1 на схему согласования сигналов отклика 10 поступают комбинации сигналов отклика с частотой f₁, длительностью τ₂ и амплитудой A₄.

Комбинации сигналов отклика с выходов схемы согласования сигналов отклика 10 поступают на схему оперативной памяти 12, где эти комбинации накапливаются в области 12-2 до завершения подачи на объект контроля последней тестовой комбинации из пакета, занесенного ранее в область 12-1.

После приема в область 12-2 схемы оперативной памяти 12 последней по очередности комбинации сигналов отклика под управлением схемы синхронизации 11 из области 12-2 схемы оперативной памяти 12 через схему согласования сигналов отклика преобразованные на амплитуде и длительности комбинации сигналов отклика с частотой f₄ (допустимая частота восприятия входных сигналов измерителей 4), длительностью τ₁ и амплитудой A₅ поступают на входы измерителей сигналов отклика 4. Поступившие с выходов измерителей сигналов отклика 4 значения сигналов отклика (комбинаций сигналов отклика) сравниваются в компьютере 5 с эталонными значениями сигналов отклика объекта контроля 1 и допусками. По результатам сравнения формируется оценка работоспособности объекта контроля 1 или первичные характеристики его неисправности (определение выходов электрических цепей объекта контроля 1, по которым выявлены несовпадения поступивших от объекта контроля 1 сигналов отклика и эталонных сигналов отклика по программе контроля).

Для более детальной диагностики неисправностей используют промежуточные точки электрических цепей объекта контроля, к которым подключают контрольный щуп. Выход такого щупа подключают к одному из входов схемы согласования сигналов отклика 10.

Техническая реализация заявленных системы и способа основывается на применении аппаратуры, известной из уровня техники. В качестве компьютера 5, формирователей тестовых воздействий 3 и измерителей сигналов отклика 4 используют выпускаемые промышленностью средства вычислительной техники и измерительной техники, аналогичные используемым при реализации системы-аналога по патенту RU 2504828.

В качестве идентификатора 6 сменного адаптера 2 и идентификатора 7 объекта контроля 1 используются штрих-кодовые или пассивные радиочастотные метки, известные из уровня техники. Штрих-кодовые метки наносят на поверхность печатной платы сменного адаптера 2 и объекта контроля 1 с помощью соответствующего типового принтера штрих-кодов. Пассивные радиочастотные метки размещают на поверхности печатных плат адаптеров 2 и объекта контроля 1, например, с помощью клея (без какого-либо электрического соединения с электрическими цепями сменного адаптера 2 и объекта контроля 1).

В качестве считывателя идентификационных данных используют известные из уровня техники серийные отечественные и зарубежные аппараты, обеспечивающие бесконтактное считывание штрих-кодов или занесенных в РЧИ идентификационных данных.

В качестве электрических схем активного адаптера (фиг. 2) используют функциональные схемы, построенные на основе современной элементной базы с необходимыми характеристиками. В частности, основой схемы согласования тестовых сигналов является регистр стробируемых усилителей, обеспечивающих усиление амплитуд сигналов от уровней A₁ до уровней А₃, и стробируемых короткими синхросигналами длительностью τ₂, поступающими от схемы синхронизации 11.

Схема согласования сигналов отклика 10 представляет собой регистр усилителей-повторителей с коэффициентом передачи меньше единицы (для преобразования уровня амплитуды A₄ с выхода объекта контроля 1 до уровня A₅, соответствующего динамическому диапазону измерителей 4).

Схема оперативной памяти 12 представляет собой оперативное запоминающее устройство, построенное на основе серийных интегральных схем оперативной памяти с соответствующим обрамлением для согласования со схемами 9, 10 и 11 адаптера (фиг. 2). Критериальными параметрами являются максимальная частота записи-считывания кодовых комбинаций (которая должна быть выше частоты f₁ выдачи тестов на объект контроля 1) и объем памяти областей 12-1 и 12-2 (которые должны обеспечивать ввод и хранение максимального объема пакетов тестовых комбинаций и комбинаций сигналов отклика).

Схема синхронизации 11 содержит в своей основе генератор максимальной частоты f₁, необходимый для организации штатного взаимодействия с объектом контроля 1. Дополнительно к генератору частоты f₁ (построенному, например, на основе кварцевого генератора) в составе схемы 11 используются согласующие усилители на интегральных схемах (для связи со схемами 9, 10 и 11) и функциональная логика, реализующая описанные ранее функции схемы синхронизации 11. Генератор частоты f₁, входящий в состав схемы синхронизации 11, может включать в свой состав управляемый делитель частоты (для понижения значения частоты f₁ от максимального значения).

Таким образом, заявленные технические решения практически реализуемы на основе технических средств, известных из уровня техники, и обеспечивают заявленный технический результат, а именно:

1) расширение области применения АСКД с обеспечением контроля и диагностики современной РЭА, имеющей параметры взаимодействия, не обеспечиваемые аппаратурой формирования тестовых воздействий и аппаратурой измерения сигналов отклика из состава АСКД (в частности - требующей более высокой частоты обмена и способной работать при более высоких амплитудах входных и выходных сигналов объекта контроля 1);

2) обеспечение идентификации типов сменных адаптеров и объектов контроля бесконтактными методами, не требующими использования дополнительных контактов сменного адаптера для передачи опросных сигналов и идентификационных данных.

Для контроля работоспособности и диагностики неисправностей (АСКД) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) применяют активные сменные адаптеры, которые обеспечивают преобразование параметров тестовых воздействий АСКД в требуемые параметры объектов контроля (РЭА) и преобразование параметров сигналов отклика с выходов объектов контроля (РЭА) в эквивалентные параметры, пригодные для измерения штатными измерителями параметров сигналов отклика из состава АСКД. Технический результат заключается в обеспечении возможности контроля работоспособности и диагностики неисправностей РЭА, требования к формированию параметров входных тестовых воздействий и к измерению параметров сигналов отклика у которой превышают возможности штатной аппаратуры формирования тестовых воздействий и штатной аппаратуры измерения сигналов отклика объектов контроля (РЭА), входящих в состав АСКД. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Автоматизированная система контроля работоспособности и диагностики неисправностей (АСКД) радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), включающая в себя компьютер с подключенными к компьютеру программно управляемыми источниками тестовых сигналов и измерителями сигналов отклика, которые выходами и входами подключены через сменный адаптер к входам и выходам объекта контроля, отличающаяся тем, что на сменный адаптер и объект контроля установлены бесконтактные идентификаторы, например, в виде штрих-кодов или радиочастотных идентификаторов, в состав АСКД введен дополнительно считыватель идентификационных данных сменного адаптера и объекта контроля, который перед началом контроля с применением контрольных тестовых сигналов поочередно подносится к идентификаторам, установленным на объекте контроля и на сменном адаптере, выход считывателя идентификационных данных подключен к компьютеру с обеспечением передачи считанных идентификационных данных в компьютер АСКД, в котором предварительно размещена программа идентификации используемых типов объекта контроля и сменного адаптера, а также программа контроля работоспособности и программа диагностики неисправностей РЭА, подключенной к АСКД в качестве объекта контроля через сменный адаптер, при этом в качестве сменного адаптера в состав АСКД входит активный сменный адаптер, содержащий схемы согласования параметров АСКД с входными и выходными параметрами соответствующего типа объекта контроля (РЭА).

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в состав активного сменного адаптера входит схема согласования тестовых сигналов, входами соединенная с выходами источников входных тестовых сигналов АСКД, выходами соединенная с входами объекта контроля, синхронизирующим входом соединенная со схемой синхронизации, при этом схема согласования тестовых сигналов обеспечивает преобразование импульсных сигналов с выходов источников входных тестовых сигналов АСКД в более короткие импульсы с более высокой амплитудой в соответствии с требованиями к входным сигналам объекта контроля, а также входит схема согласования сигналов отклика с выходов объекта контроля, соединенная входами с выходами объекта контроля, синхронизирующим входом соединенная с соответствующим выходом схемы синхронизации, выходами соединенная с входами измерителей сигналов отклика из состава АСКД, при этом схема согласования сигналов отклика обеспечивает преобразование коротких импульсных сигналов отклика большой амплитуды с выходов объекта контроля в эквивалентные сигналы отклика большей длительности и меньшей амплитуды, пропорциональной амплитудам первичных сигналов.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что в состав активного сменного адаптера входит схема оперативной памяти, содержащая область памяти тестовых комбинаций и область памяти комбинаций сигналов отклика, вход области памяти тестовых комбинаций соединен с входами схемы согласования тестовых воздействий, синхронизирующий вход области памяти тестовых комбинаций подключен к соответствующему выходу схемы синхронизации, вход области памяти комбинаций сигналов отклика подключен к соответствующему выходу схемы синхронизации, выход области памяти комбинаций сигналов отклика подключен к вторым входам схемы согласования сигналов отклика, вход области памяти комбинаций сигналов отклика подключен к соответствующему выходу схемы синхронизации, при этом быстродействие схемы оперативной памяти является таким, которое обеспечивает необходимую скорость считывания данных при выдаче на входы объекта контроля тестовых воздействий и максимальную скорость ввода комбинаций сигналов отклика с выходов объекта контроля в соответствии с максимально необходимой скоростью обмена при штатной работе объекта контроля.

4. Система по п. 1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что в состав АСКД входит контрольный щуп, который входом подключен к контрольным точкам внутренних цепей объекта контроля, а выходом подключен к схеме согласования сигналов отклика с выходов объекта контроля, входящей в состав активного сменного адаптера.