基于動態故障樹的溫壓復合傳感器電磁兼容故障分析

秦啟森

[摘 ? ?要]故障樹的分析方法是故障診斷和查找的有效方法，文章針對某型溫壓復合傳感器的電磁兼容故障，建立故障樹，并引入動態故障樹，將可能的故障模式列舉出來，并通過仿真與實驗的方法，驗證理論分析的可行性與準確性，對于故障樹的理論分析進行很好的驗證。

[關鍵詞]復合傳感器;電磁兼容;故障分析

[中圖分類號]TN03 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–0–03

Electromagnetic Compatibility Fault Analysis of Temperature and

Pressure Composite Sensor Based on Dynamic Fault Tree

Qin Qi-sen

[Abstract]The analysis method of fault tree is an effective method for fault diagnosis and search. In this paper， a fault tree is established for the electromagnetic compatibility fault of a certain type of temperature and pressure composite sensor， and a dynamic fault tree is introduced. The possible fault modes are listed and simulated The feasibility and accuracy of the theoretical analysis are verified by the method of experiment. The theoretical analysis of the fault tree is well verified.

[Keywords]composite sensor; electromagnetic compatibility; fault analysis

1 概述

本文利用故障樹與動態故障樹的分析方法對某型溫壓復合傳感器的電磁兼容問題進行究，分析系統的故障模式與概率，更高效率地對電子設備電磁兼容故障進行查找與定位，從而更快地找到故障原因，為方法的工程應用奠定理論基礎。

2 溫壓復合傳感器的系統組成與工作原理

某溫壓復合傳感器為某機上氧氣系統配套，用來測量復材氧氣瓶瓶體內氣體的溫度和壓力，并反饋在儀表盤上。在飛機運行過程中，存在溫壓儀表盤讀數不準確，無法正確反饋復材氧氣瓶內部氣體溫度和壓力的數值的情況，判斷為溫壓復合傳感器存在電磁兼容故障。如圖1所示，為其工作環境。

3 溫壓復合傳感器的電磁兼容故障樹的建立

通過對溫壓復合傳感器的組成及工作環境的研究，對其電磁兼容三要素進行分析，從而建立電磁兼容故障樹。故障樹分為靜態子樹與動態子樹。故障樹的建立步驟為：

（1）確立故障樹頂事件。

（2）將電磁兼容故障分為兩大類作為中間事件，即傳導干擾與輻射干擾。

（3）根據電磁兼容三要素，確立兩種耦合途徑各自的底事件。

本文分析思路如圖2所示。

在傳感器系統中，設計并安裝有溫壓復合芯體備件電路。因此，溫壓復合芯體存在以下的故障關系：當主芯體即芯體1電路故障或失效時，備件芯體2電路接替其繼續工作，溫壓復合芯體能夠正常工作;當主芯體失效，并且備件芯體失效時，那么溫壓復合芯體無法正常工作。

最終，建立的總體的溫壓復合傳感器電磁兼容故障樹，如圖3示。總體的故障樹包括了動態子樹與靜態子樹，本文提出將動態子樹與靜態子樹分別分析，并將分析結果綜合，進行結合分析的方法，從而得到動態子樹與靜態子樹的綜合分析結果。

4 定性分析

定性分析是：根據故障樹中每個事件（包括頂事件、中間事件與底事件）的關系，通過邏輯運算的方式，將事件之間用式子表達出來，從而求得引起故障樹頂事件發生的最小割集。這些最小割集就是導致故障樹頂事件發生的底事件組合。本文采用下行法求故障樹的最小割集。

用符號將故障樹中的每1個事件表示出來，以便后文的分析，如表1所示。

故障事件X25為前文中溫壓復合芯體電磁兼容動態子樹的輸出事件，代表的故障模式為：溫壓芯體1電路故障→備件芯體2電路故障→溫壓復合芯體故障。根據下行法，將事件之間的邏輯關系用等式表達出來，得到最終的所有最小割集。

根據上述分析，引起故障樹頂事件發生的最小割集共有150個，這些最小割集均可能導致溫壓復合傳感器發生故障導致儀表盤讀數有誤，無法正確反饋出復材氧氣瓶內氣體的溫度和壓力，均是溫壓復合傳感器電磁兼容故障的故障模式。但由于最小割集的數量較多，依次檢查工作量巨大，過程繁瑣，因此，需要對最小割集進行定量分析，計算其重要度，并根據最小割集的重要度從大到小排序，依次進行診斷檢查，從而更加快速、更有效率地找出故障。

5 定量分析

故障樹定量分析的目的是根據底事件的發生概率，對頂事件的發生概率進行計算，得到系統的可靠度，并對最小割集的概率進行計算，從而求出最小割集的重要度，最小割集的重要度說明的是該最小割集在系統發生故障時，其導致故障的比重。通過最小割集重要度。對故障的可能進行有根據的排序，更加快速、更有效率地進行故障診斷。計算步驟如下。

（1）第一層頂事件為或門，帶入布爾表達式得到：

T=M1+M2 （1）

（2）第二層為各中間事件以及或門，帶入布爾表達式得到：

M1=M3M4M5 （2）

M2=M7M8M9 （3）

（3）第三層為各底事件以及或門，帶入布爾表達式得到：

M3=X1+X2+X3+X4 （4）

M4=X5+X6+X25 （5）

M5=X7+M6+X11 （6）

M7=X12+X13+X14+X15+X16+X17+X18+X19+X20+X21（7）

M8=X5+X6+X25 （8）

M9=X22+X23+X24 （9）

（4）第四層為一組底事件以及或門，帶入布爾表達式得到：

M6=X8+X9+X10 （10）

根據前文所建立的完整故障樹，對頂事件的發生概率進行計算。

（5）最小割集重要度反映的是該最小割集對系統故障發生的貢獻大小，也即這些故障模式相對影響的大小，最小割集重要度計算公式為：

（11）

求出最小割集重要度的目的即是對每個最小割集進行進行重要度大小的排序，找出薄弱環節，根據重要度從高到低依次進行故障檢查。

6 蒙特卡洛仿真的模型評估

本文利用蒙特卡洛法，基本思想是，根據前文中底事件服從的故障概率，對各個事件的出現時間進行隨機抽樣，將得到的抽樣結果作為推進點，并對推進點進行系統狀態的評估與參數的計算，在到達最大仿真時間時停止，并逐漸增加仿真的時間與抽樣次數。

在不同時間下，將本文方法的結果與基于蒙特卡洛仿真方法的結果進行對比，如表2所示。

結果表明，利用仿真的方法得到的結果與本文方法基本一致，曲線擬合，數值誤差很小，本文所采取的動態故障樹分析法，可以有效地對電子設備的電磁兼容故障進行建模與計算分析，且結果具有良好的準確性。

7 結束語

本文剖析了某溫壓復合傳感器系統與所處工作環境的電磁兼容三要素，并根據其部件關系確定使用備件門表示溫壓復合芯體及其備件的失效模式，以自上而下地對溫壓復合傳感器的電磁兼容故障樹進行建立，并對故障樹進行定性和定量分析。最后，利用蒙特卡洛仿真的方法，對溫壓復合傳感器系統電磁兼容故障概率進行仿真，通過仿真得到的概率與本文故障樹分析法的故障概率進行對比，驗證本文方法的有效性，與傳統查找電磁兼容故障的枚舉、排除法相比，提高故障查找命中率，對故障診查找有著指導作用。

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