Способ определения места и характера дефекта в электронных узлах Российский патент 2023 года по МПК G01R31/28 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения места и характера дефекта в неработоспособном электронном узле.

Известен "Способ экспресс-диагностики многоканальных цифровых блоков" (патент RU №2133479, опубликован 20.07.1999, МПК G01R 31/28, G06F 11/26), заключающийся в воздействии тестовым сигналом на объект контроля, производится регистрация откликов объекта контроля, а затем сравнение эталонных и зарегистрированных откликов объекта контроля, при этом происходит установление в цифровом коде информационно-ценных амплитудно-временных значений тестовых сигналов и эталонных откликов объекта контроля, формирование тестовых сигналов по заданным в цифровом коде информационно-ценным амплитудно-временным значениям в заданном объеме. Далее осуществляется воздействие на соответствующие входы объекта контроля тестовыми сигналами с заданной временной разновременностью, фиксируются отклонения от эталонных в откликах объекта контроля во временной области на соответствующее воздействие, а также визуализируются по окончании полного объема воздействия виды отклонений в откликах объекта контроля, возобновляются формирования тестовых сигналов по заданным в цифровом коде информационно-ценным амплитудно-временным значениям в заданном объеме до первого отклонения и периодически повторяется данное воздействие до устранения отклонения, и по итогу визуально отображается принятое решение по результатам диагностики. Недостатком данного способа является то, этот способ можно применять только для определения характера потенциального дефекта в работоспособном блоке, но нельзя использовать для указания его места, а также то, что его нельзя применять для диагностирования неработоспособных блоков.

Известен (патент RU №2433418, опубликован 10.11.2011, МПК G01R 31/28) поиска дефектов в цифровых блоках, согласно которому формируются псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, состоящие из логических нулей и единиц с заданной вероятностью появления логического нуля или логической единицы в каждом разряде, затем данные кодовые последовательности подаются на информационные и управляющие входы диагностируемого цифрового блока. Далее происходит регистрация полученных логических уровней на выходах диагностируемого цифрового блока, а после сравнение их с эталонными уровнями. При совпадении полученных логических уровней с эталонными производится фиксирование годности диагностируемого цифрового блока.

Недостатком способа является то, что с его помощью нельзя получать информацию о месте и характере дефекта в диагностируемом блоке. Отсутствие такой информации способствует увеличению времени, затрачиваемого на локализацию дефекта, что в свою очередь приводит к увеличению времени восстановления работоспособного состояния блока, а в итоге и изделия, в состав которого этот блок входит.

Также недостатком описанных выше способов является то, что данные способы относятся к диагностированию цифровых блоков, а не электронных узлов.

Наиболее близким по своей технической сущности, взятым за прототип, к заявленному является "Способ определения места и характера дефекта в цифровом блоке" (патент RU №2299445, опубликован 20.05.2007, МПК G01R 31/28). Согласно способу-прототипу, на объект контроля производится воздействие тестовым сигналом, затем осуществляется регистрация отклика объекта контроля, который сравнивается с эталоном. В аналитической эталонной копии диагностируемого цифрового блока поочередно моделируется дефект, выбранный из множества возможных. Для каждого промоделированного дефекта формируются в объеме, вычисляемом с помощью метода детерминированных направлений, псевдослучайные многоразрядные кодовые наборы, и которые одновременно подаются на входы диагностируемого цифрового блока и его аналитической эталонной копии, затем регистрируются отклики на их выходах и происходит их сравнение. При появлении результата совпадения откликов определяется место и характер дефекта в диагностируемом цифровом блоке.

Способ-прототип позволяет определять место и характер дефекта в неработоспособном электронном блоке. Однако недостатком данного способа является ограниченная область применения, а именно применение для цифровых блоков.

Задача изобретения - расширение области применения определения места и характера дефекта, за счет измерения вольт-амперных характеристик в парах контрольных точек проверяемого электронного узла, сравнения их с эталоном путем определения расстояния между проекциями полученных характеристик в пространстве главных компонент.

Способ определения места и характера дефекта в электронных узлах, заключающийся в том, что изначально создают эталонную копию проверяемого электронного узла на основе схемотехнической модели, затем на проверяемый электронный узел производят воздействие тестовым сигналом, затем осуществляют регистрацию отклика проверяемого электронного узла, который сравнивают с эталоном, при этом в эталонной копии проверяемого электронного узла поочередно моделируют дефект, выбранный из множества возможных, причем, что в качестве тестового сигнала используют ограниченное по току синусоидальное напряжение, прикладываемое поочередно ко всем доступным для подключения парам точкам проверяемого электронного узла, а для оценки текущего состояния проверяемого электронного узла в качестве откликов используют вольт-амперные характеристики, полученные на парах точек подачи тестового сигнала проверяемого электронного узла, аналогичные воздействия и измерение вольт-амперных характеристик осуществляют и на эталонной копии, при этом полученные характеристики проверяемого электронного узла и эталонной модели нормируют согласно выражению:

где U_измер - напряжение отклика;

U_мин - наименьшее полученное напряжение;

U_макс - наибольшее полученное напряжение;

U_норм - нормированное значение напряжения;

полученные характеристики формируют в матрицу значений и транслируют в n-мерное пространство главных компонент, преобразуя в точки; для локализации дефекта производят определение расстояния между одноименными точками в пространстве главных компонент по формуле:

где d - расстояние между k-тыми точками в пространстве главных компонент (k изменяется от 1 до m)\

m - количество пар точек, в которых измеряются вольт-амперные характеристики;

p₁, p₂,…,p_n - координаты точек проверяемого электронного узла в пространстве главных компонент;

q₁, q₂, …,q_n - координаты точек эталонной модели в пространстве главных компонент;

n - количество учитываемых главных компонент;

Δ(k) - проекция в пространство главных компонент погрешности измерения ВАХ k-ой пары точек;

если неравенство (2) для всех m пар точек проверяемого электронного узла и эталонной модели выполняется, то проверяемый электронный узел исправен;

в случае не выполнения неравенство (2) хотя бы для одной пары точек в пространстве главных компонент, в эталонной модели поочередно моделируется дефект, выбранный из множества возможных до выполнения неравенства (2) для всех m пар точек проверяемого электронного узла и эталонной модели; по дефектам, приводящим к выполнению неравенства (2) определяют места и характера дефекта в электронном узле.

На Фиг. 1 показан алгоритм способа определения места и характера дефекта в электронных узлах.

На Фиг. 2 приведена схемотехническая модель исследуемого электронного модуля.

На Фиг. 3 - Фиг. 6 представлены формы полученных вольт-амперных характеристик.

На Фиг. 7 показаны проекции вольт-амперных характеристик в пространстве главных компонент.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом:

В начале проверки формируют эталонную копию электронного узла на основе схемотехнической модели.

На доступные внешние выводы (разъемы, контрольные точки) электронного узла подают ограниченное по току синусоидальное напряжение и далее регистрируют вольт-амперные характеристики между парами различных внешних выводов.

Аналогичные воздействия и измерение вольт-амперных характеристик осуществляют на эталонной копии.

Полученные отклики сначала нормируют по напряжению. Нормирование выполняют в соответствии с выражением (1). Далее нормированные отклики проецируют в n-мерное пространство главных компонент, где вольт-амперные характеристик преобразуются в точку в n-мерном пространстве. Для этого исходные данные центрируют относительно точки :

.

где n - количество наблюдений; i - номер наблюдения; j - номер переменной.

Затем производят нормирование, что позволяет приравнять вклад разных переменных в модель пространства главных компонент. Данное преобразование подразумевает деление каждого столбца x_j на свое стандартное отклонение δ_j, которое определяется по формуле:

.

Далее необходимо произвести вычисление собственных векторов и собственных значений корреляционной матрицы, определяющие направления главных компонент.

Собственные значения λ определяются согласно характеристическому уравнению:

|S-λЕ|=0,

где Е - единичная матрица.

Для каждого корня λ_j характеристического уравнения определяется собственный вектор, согласно системе уравнений:

где- собственный вектор.

Затем находят линейные комбинации для всех главных компонент y_t осуществляется на основе формулы:

,

где w_kt - корень характеристического уравнения для t-ой главной компоненты при a-ом количестве корней характеристического уравнения.

На основе рассчитанных координат осуществляется построение полученных точек в пространстве главных компонент.

Для локализации дефекта производят определение расстояния между одноименными точками в пространстве главных компонент по формуле (2).

При выполнении неравенства (2) для всех т пар точек проверяемого электронного узла и эталонной модели проверяемый электронный узел считается исправным.

Если неравенство (2) не выполняется хотя бы для одной пары точек в пространстве главных компонент, в эталонной модели поочередно моделируется дефект, выбранный из множества возможных до выполнения неравенства (2) для всех m пар точек проверяемого электронного узла и эталонной модели.

Определение места и характера дефекта в электронном узле производят по дефектам, приводящим к выполнению неравенства (2).

Произведено исследование электронного модуля (Фиг. 2) с заранее внесенным дефектом. В качестве неисправности принято короткое замыкание одного из диодов выпрямительного блока. На основе принципиальной схемы была получена эталонная модель, не имеющая дефектов, затем сформирована библиотека возможных дефектов для каждого электронного модуля.

На пары контрольных точек электронного узла и его эталонной модели подается тестовый сигнал, представляющий собой синусоидальное, ограниченное по току напряжение 10 В. Производится регистрация В АХ у проверяемого электронного узла и его эталонной копии в одноименных парах точек. После проведения регистрации выбраны вольт-амперные характеристики с наибольшими отклонениями полученные в парах контрольных точек 1-2, 1-6, 4-6, 6-8. Данные вольт-амперные характеристики нормируются согласно выражению (1).

Используя вольт-амперные характеристики эталонной модели, формируются характеристики с добавлением погрешности измерения (1%). В таблице 1 представлены соответствия вольт-амперных характеристик с парами контрольных точек. Полученные характеристики выглядят следующим образом (Фиг. 3 - Фиг. 6).

На основе полученных данных формируется матрица значений вольт-амперных характеристик, затем выполняется транслирование в n-мерное пространство главных компонент сформированной матрицы с использованием программного пакета Statistica. Для обнаружения дефекта достаточно пространства, состоящего из 2-х главных компонент РС1 и РС2. В таблице 2 представлены координаты вольт-амперных характеристик в виде точек в пространстве главных компонент.

Далее определяется расстояние d(k) между проекциями вольт-амперных характеристик, полученных в одноименных парах контрольных точек электронного узла (Фиг. 7). В таблице 3 представлены результаты вычисления расстояний между проекциями в пространстве главных компонент.

На основе данных, представленных в таблице 2, получены следующие неравенства:

d(1)>Δ(1)

d(2)>Δ(2)

d(3)<Δ(3)

d(4)<Δ(4)

Исходя из результатов, полученных выше, можно заметить, что неравенство d(k)≤Δ(k) не выполняется в парах контрольных точек 1-2 и 1-6 электронного модуля, так как расстояние между одноименными проекциями вольт-амперных характеристик эталонной модели и электронного узла в пространстве главных компонент больше, чем расстояние между одноименными проекциями вольт-амперных характеристик эталонной модели и допустимых погрешностей в пространстве главных компонент. В данных парах контрольных точек выполняется обратное условие - d(k)≤Δ(k). На основе полученных значений был сделан вывод о наличии дефекта в исследуемом электронном узле.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения места и характера дефекта в неработоспособных электронных узлах. Технический результат: расширение области применения. Сущность: изначально создают эталонную копию проверяемого электронного узла на основе схемотехнической модели. Затем на проверяемый электронный узел производят воздействие тестовым сигналом. Осуществляют регистрацию отклика проверяемого электронного узла, который сравнивают с эталоном. В качестве откликов используют вольт-амперные характеристики, полученные на парах точек подачи тестового сигнала проверяемого электронного узла. Такие же воздействия и измерение вольт-амперных характеристик осуществляют и на эталонной копии. Полученные вольт-амперные характеристики проверяемого электронного узла и эталонной модели нормируют. Полученные характеристики формируют в матрицу значений и проецируют в n-мерное пространство главных компонент, преобразуя в точки. Для локализации дефекта производят определение расстояния между одноимёнными точками в пространстве главных компонент. 7 ил.

Способ определения места и характера дефекта в электронных узлах, заключающийся в том, что создают эталонную копию проверяемого электронного узла, затем на проверяемый электронный узел производят воздействие тестовым сигналом, регистрируют отклик проверяемого электронного узла, сравнивают его с эталонным, при этом в эталонной копии проверяемого электронного узла поочередно моделируют дефект, выбранный из множества возможных, отличающийся тем, что в качестве тестового сигнала на проверяемый электронный узел подают ограниченное по току синусоидальное напряжение, прикладываемое поочередно ко всем доступным для подключения парам контрольных точек проверяемого электронного узла, а в качестве откликов используют вольт-амперные характеристики, полученные на парах точек подачи тестового сигнала проверяемого электронного узла, такие же воздействия и измерение вольт-амперных характеристик осуществляют и на эталонной копии, при этом полученные вольт-амперные характеристики проверяемого электронного узла и эталонной модели нормируют согласно выражению:

где U_измер. – напряжение отклика;

U_мин. – наименьшее полученное напряжение;

U_макс. – наибольшее полученное напряжение;

U_норм. – нормированное значение напряжения;

полученные характеристики формируют в матрицу значений и проецируют в n-мерное пространство главных компонент, преобразуя в точки, для локализации дефекта производят определение расстояния между одноимёнными точками в пространстве главных компонент согласно неравенству:

$$d(k)=\sqrt{{(q_1-p_1)}^2+{(q_2-p_2)}^2+\mathrm{...}+{(q_n-p_n)}^2}\le \Delta (k),$$

где d – расстояние между k-тыми точками в пространстве главных компонент (k изменяется от 1 до m);

m – количество пар точек, в которых измеряются вольт-амперные характеристики;

$$p_1,p_2\mathrm{,...,}{p}_n$$ – координаты точек проверяемого электронного узла в пространстве главных компонент;

$$q_1,q_2\mathrm{,...,}{q}_n$$ – координаты точек эталонной модели в пространстве главных компонент;

n – количество учитываемых главных компонент;

Δ(k) – проекция в пространство главных компонент погрешности измерения вольт-амперной характеристики k-ой пары точек;

если неравенство для всех m пар точек проверяемого электронного узла и эталонной модели выполняется, то проверяемый электронный узел исправен;

если же неравенство не выполняется хотя бы для одной пары точек в пространстве главных компонент, в эталонной модели поочередно моделируется дефект, выбранный из множества возможных до выполнения неравенства для всех m пар точек проверяемого электронного узла и эталонной модели; по дефектам, приводящим к выполнению неравенства, определяют место и характер дефекта в электронном узле.