關于模擬電路故障診斷監測系統的分析

摘 要：與數字電路相比，模擬電路的故障模型較為復雜，尤其是因元器件數據容差錯誤導致的故障模糊性強，因此對于模擬電路有必要采用先進的故障診斷監測技術。筆者結合自己多年的工作實踐經驗，就模擬電路故障診斷監測系統的模塊劃分以及實現形式進行了一些有意義的探討，希望對模擬電路的故障診斷與檢測工作能夠有所借鑒。

關鍵詞：模擬電路；故障診斷；故障監測

1 概述

電子電路分為模擬電路和數字電路兩種，相較于數字電路而言，模擬電路廣泛應用于各類電子設備當中，但其故障率卻居高不下，進而給電子設備造成的損害十分巨大。現階段，我國電子電路診斷以及監測技術經過多年的發展已經取得了明顯的進步，但進步主要集中在數字電路的故障診斷方面，模擬電路的故障診斷以及監測特別是故障定位問題依然還具有較大的難度，而這些都給電子設備的正常應用和維修處理造成了不便。

與數字電路相比，模擬電路的故障模型更為復雜，尤其是因元器件數據容差錯誤導致的故障模糊性較強，因此有必要采用更加先進的故障診斷監測技術。筆者結合自己多年的工作實踐經驗，就模擬電路故障診斷監測系統的模塊劃分以及實現形式進行了一些有意義的探討，希望對模擬電路的故障診斷與檢測工作能夠有所借鑒。

2 模擬電路故障的特點

模擬電路主要負責模擬信號的傳輸，而模擬信號與數字信號不同，它是隨著時間進行連續變化的信號，因而造成模擬電路的故障復雜度也較數字電路更高，具體則具有以下特點：（1）模擬電路的輸入激勵和輸出響應都是連續量，所以難以對其進行簡單的量化分析，導致模擬電路的故障模型也相對更為復雜；（2）模擬電路的電器元件參數具有較大的容差，一般也都允許在規定范圍內的輕微故障，而這就造成模擬電路的故障十分模糊，難以準確對故障位置進行定位；（3）實際應用中的模擬電路將不可避免的存在非線性問題，即輸出和反饋之間往往并非嚴格的線性關系，這就增加了模擬電路故障診斷、測試的難度，使其故障模型的復雜度進一步提高；（4）模擬電路的頻率范圍較大，其低頻和高頻之間可能差多個數量級，使得故障診斷監測也變地更加困難；（5）模擬電路因為受到其自身結構的影響，用于故障監測的節點數量有限，進而導致可作為故障診斷的信息不充分，故障定位具有較大的模糊性。

3 模擬電路故障診斷監測系統的模塊劃分

3.1 故障診斷模塊

對于模擬電路的故障診斷監測系統而言，其主要可以劃分為診斷模塊和監測模塊。其中，診斷模塊的核心就是故障診斷技術。以往應用較多的傳統診斷方法已經難以適應診斷工作發展的需要，而基于人工智能的一些新型診斷技術卻相繼被提出，這些技術和方法提高了模擬電路故障診斷的效率和準確度，并且也具有較高的可靠性。以下就現階段應用較多的一些新型診斷技術進行簡要介紹。

（1）專家系統。專家系統是一種基于產生式規則的故障診斷技術，它首先需要專家根據其知識及經驗將模擬電路的故障診斷規則歸納表示出來，從而形成知識庫，一旦遭遇故障，就根據監測到的故障特征利用知識庫中的規則進行推理，從而實現對故障類型的診斷甚至是定位。這種技術在實際應用過程中可以不斷進行擴充，具有便于解釋、擅于分析常見故障以及交互性較強等優勢，但故障診斷規則的總結和歸納是該技術應用的瓶頸，特別是對于一些復雜故障的推理效率較低、時效性較差等問題制約了該技術在實踐中的應用。

（2）神經網絡。神經網絡（如圖1所示）可以被認為是當前人工智能領域應用比較廣的一種技術，它的核心思想是利用計算機對人腦結構以及人類認知過程的模擬來實現對故障信息的處理，進而實現對模擬電路的故障診斷。在實際應用該技術進行模擬電路的故障診斷時，首先需要技術人員對故障特征和故障類型的對應關系進行歸納總結；然后將故障特征作為輸入，將故障類型作為輸出，從而完成對神經網絡的訓練；最后，當模擬電路發生故障時，將監測到的故障特征輸入到已經訓練好的神經網絡模型當中，根據網絡輸出結果完成對模擬電路故障的診斷。這種技術與專家系統相比，其最大的優勢就是診斷效率較高，可以對具體的診斷過程進行忽視，不再需要提取并建立復雜的診斷規則，特別是對于處理非線性關系的故障具有較大的優勢。神經網絡技術缺點是需要不斷根據新故障特征及類型的對應關系進行重新訓練，并且因為其故障診斷過程被忽視的原因，使得其透明性較差，對電路故障的解釋能力不高。

（3）模糊理論。因為模擬電路的元器件具有容差特性，進而使得故障類型與特征之間存在一定的模糊關系，所以應用模糊理論進行電路故障診斷也成為了近年研究的一個熱點。模糊理論對模糊關系具有較強的處理能力，它能夠將監測到的故障特征通過模糊映射關系來推理得到新的故障類型組合，并能夠依據一定的判斷閾值實現對具體故障元器件的定位。與神經網絡不同，應用模糊理論來進行故障診斷往往可以得到多個可能的故障類型組合方案，并將這些方案依據模糊隸屬度值的高低進行先后排列，從而給故障診斷技術人員提供了豐富的參考。但這種技術在實際應用過程中還存在不少問題，特別是在模糊映射關系的建立方法上還存在諸多有待完善之處，還需要相關人員做進一步的研究。

3.2 故障監測模塊

上面對模擬電路的故障診斷模塊進行了探討，而要實現故障診斷，首先要做的就是對故障特征進行監測，只有及時監測發現一些故障征兆，才能為故障的診斷工作提供有效依據。現階段，對于故障監測的研究還處于起步階段，在實際中應用較多的是一些基于啟發信息的搜索算法，例如通過利用啟發式的圖搜索算法來進行模擬電路的故障監測。應用這些算法的關鍵在于建立可靠性的啟發函數，并通過函數計算來推導出最佳的節點擴展搜索方案，從而找出最優的測點集，并通過對測點集內節點的監測來實現對故障征兆的及時發現和處理。

4 模擬電路故障診斷監測系統的實現形式探討

傳統的故障診斷監測系統一般都需要在外部建立專門的平臺，但隨著嵌入式技術的發展和進步，如果將診斷監測系統嵌入到電子設備中，對電子設備中的模擬電路進行實時的信號采集和故障診斷，那么就可以極大地提高故障的診斷和監測效率。同時，采用嵌入式的系統實現形式還利于對故障進行準確定位，這對故障的及時排除也具有積極意義。筆者認為，采用嵌入式的系統實現形式能夠最大限度地提高電子設備的可靠性，這也是未來電路診斷監測系統實現形式的一個最主要的發展趨勢。

5 結束語

總之，與數字電路相比，模擬電路的故障診斷監測則較為復雜和困難，必須打破傳統技術的局限性，通過采用新型的診斷技術和監測方法，再輔以嵌入式的系統實現方案，才能最大限度地提高故障診斷監測的質量和效率。

參考文獻

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作者簡介：何晶（1981-），女，漢族，研究生，遼寧撫順人，工作單位：寧夏職業技術學院，主要研究方向：智能儀器儀表和檢測技術。