利用紅外溫升多特征矢量提升 電子裝備熱像異常檢測性能

孫卓(哈爾濱海關(guān)技術(shù)中心大慶-漠河實驗室，黑龍江 大慶 163311)

0 引言

在具體的發(fā)展中，利用紅外溫升多特征矢量提升電子裝備熱像異常檢測性能的方法，其是在紅外以及光學(xué)異源配準(zhǔn)的前提下，精準(zhǔn)的對電子裝備的各個元件的位置進(jìn)行精準(zhǔn)的確定，然后對紅外觀測圖像進(jìn)行精準(zhǔn)的應(yīng)用，保證可以獲得更加準(zhǔn)確的溫升均值曲線。同時，對這些曲線進(jìn)行全幀程分段，分段結(jié)束以后，對溫升統(tǒng)計矢量進(jìn)行準(zhǔn)確的讀取，從而構(gòu)建相對健全以及完善的溫升多特征矢量。最后，依照矢量，結(jié)合分段表及異常量化來實現(xiàn)電子裝備熱像異常的狀況和目的地感知。

1 試驗系統(tǒng)

1.1 試驗結(jié)構(gòu)

通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[1]的進(jìn)一步研究和分析，在整個系統(tǒng)中，其具體是由電氣控制單元以及機(jī)械結(jié)構(gòu)單元等共同組成。其中，針對機(jī)械結(jié)構(gòu)單元而言，主要涵蓋了恒溫控制箱體以及紅外傳感器固定支架等。紅外傳感器固定支架除可以進(jìn)行有效的支撐，科學(xué)的對傳感器進(jìn)行鎖定外，還可以結(jié)合具體情況，有針對性的對支架的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，這一設(shè)備可以應(yīng)用在不同尺寸的電路板中，具有較強(qiáng)的觀測能力，并且還具備完整性及可靠性的特點[1]。而實際上電氣控制單元包含兩部分：DSP恒溫控制電路和DSP 恒溫控制制作軟件。在對這一部分進(jìn)行具體的應(yīng)用過程中，其可達(dá)到對環(huán)境溫度等進(jìn)行恒溫控制的效果和目的，能夠驅(qū)動恒溫控制組件。同時，這一單元也可以對恒溫控制箱體的內(nèi)部溫度進(jìn)行合理把控，讓其在10±1℃范圍內(nèi)，保證可以最大程度的降低環(huán)境溫度的波動情況，有效的減少其對紅外觀測溫度數(shù)據(jù)的影響和干擾。

1.2 工作原理

針對紅外圖像來說[2]，其在視覺層面具有較強(qiáng)的不清晰性，且分辨率也比較低，所以在一定程度上為元器件的辨識造成了非常大的困難，影響了辨識的精準(zhǔn)性及效率。因此，在這種情況下，本文對光學(xué)以及紅外圖像進(jìn)行了配準(zhǔn)，從基礎(chǔ)上對電路板的輻射及背景信息進(jìn)行有效的獲取，保證后續(xù)維修人員對故障元器件進(jìn)行更好地辨識，從而提升維修的效果。本次研究的系統(tǒng)中對機(jī)械結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行了應(yīng)用，在一定程度上對被測裝備的位置進(jìn)行固定，以便每一次的檢測都可以處于同一位置。此外，依照光學(xué)和紅外圖像位置之間的映射關(guān)系，可在光學(xué)圖像中預(yù)先標(biāo)注功能，對元器件的位置準(zhǔn)確標(biāo)注，確保電路板的熱圖像信息與每一個元器件都保持較強(qiáng)的一致性。

在實際測試中，相關(guān)人員可以借助PC 端的人機(jī)交互界面，快速實現(xiàn)對保溫箱體的溫度設(shè)定，亦可對恒溫的時間進(jìn)行設(shè)定，還可對數(shù)據(jù)的實際采集時間進(jìn)行設(shè)置。通常情況下，在系統(tǒng)的實際運行過程中，其運行的流程可以體現(xiàn)在4 個層面[2]。

第一，通過DSP 恒溫控制單元，有效的對箱體內(nèi)部的溫度進(jìn)行控制，讓其可以處于10±1℃范圍內(nèi)。

第二，當(dāng)恒溫的溫度已經(jīng)達(dá)到規(guī)定及標(biāo)準(zhǔn)之后，需要結(jié)合實際情況，對箱體的內(nèi)部溫度進(jìn)行保溫。保溫的具體時間，依照具體設(shè)定的恒溫時間來進(jìn)行科學(xué)的設(shè)置。

第三，使裝備的電路板實現(xiàn)自動上電的效果，再對電路板上的每個元器件中心區(qū)域溫度進(jìn)行精確采集，了解及掌握其平均值。針對采集的時間，根據(jù)具體設(shè)定數(shù)據(jù)采集時間而定。

第四，對每個元器件其升溫數(shù)據(jù)要進(jìn)行多特點的提取，再將這些數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)特征庫進(jìn)行合理且科學(xué)的對比，保證在最短的時間內(nèi)完成異常分析及異常元器件的定位[3]。當(dāng)上述工作結(jié)束，需要進(jìn)行表格以及曲線等制作，以多種形式來進(jìn)行展示，最終利用人機(jī)交互界面，對結(jié)果進(jìn)行展示，保證用戶更加清晰且直觀的了解設(shè)備的整體運行情[3]。

2 檢測方法

2.1 檢測過程標(biāo)準(zhǔn)化以及元器件溫度特點

在本次的研究過程中，主要對恒溫控制裝置保持測試溫環(huán)進(jìn)行了應(yīng)用，有效的將溫度對電子裝備紅外數(shù)據(jù)采集的影響降到最低。在對電子裝備上電時刻及元器件中心區(qū)域溫度的采集，應(yīng)用PC 機(jī)進(jìn)行，科學(xué)的對其進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以便每一次的檢測都可以實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的效果。所以，可以利用紅外傳感器，對各項數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)的對比，最后準(zhǔn)確的判斷元件是否出現(xiàn)了故障問題。

2.2 溫升多特征矢量的具體構(gòu)建分析

在對溫升多特征矢量進(jìn)行實際的構(gòu)建過程中，可以假設(shè)電路板上有M 個等待檢測的元器件，而對于每一個元器件來說，其標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及待測數(shù)據(jù)都可以分為多個N 段，結(jié)合實際情況，將每一個分段的最大值以及最小值、均值精準(zhǔn)的提取出來，然后構(gòu)建其溫升多特征矢量。

通過其特征矢量分析利用標(biāo)準(zhǔn)溫升統(tǒng)計矢量中涵蓋的元素，對溫升差異矢量中的每一個元素進(jìn)行統(tǒng)一的處理，最后構(gòu)建溫升多特征矢量。

3 試驗結(jié)果

本研究中，采用上海巨哥電子有限公司的MAG32 型紅外傳感器，分辨率為384×288(寬×高)，對多塊功能正常的裝備電路板進(jìn)行多次的通電試驗，且保證同一塊裝備電路板在相鄰?fù)娖陂g，能夠處于完全冷卻的狀態(tài)。當(dāng)測試結(jié)束之后，對獲得的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理，根據(jù)實際情況，構(gòu)建各個元器件標(biāo)準(zhǔn)溫升信息數(shù)據(jù)庫。

實驗中，人為設(shè)置編號D12、D15 元器件故障，D12 芯片的電源引腳翹起，致使不能正常工作，導(dǎo)致D15 芯片電流輸入過大。

在建立各個元器件的標(biāo)準(zhǔn)溫升數(shù)據(jù)庫后，給待測裝備電路板通電。隨即獲得每塊芯片的溫升數(shù)據(jù)并對此進(jìn)行全幀程分段。本文選取每秒鐘所采集的溫升數(shù)據(jù)作為一個子段，并把采集時間設(shè)為30s，故存在30 個子段。

D12 芯 片 溫 升 數(shù) 據(jù) 測 得 值 為：4 ℃/5min、5 ℃/10min、6℃/15min、5℃/20min、4℃/25min，其標(biāo)準(zhǔn)溫升數(shù)據(jù)為：15℃/5min、16.5℃/10min、17.3℃/15min、17.8℃/20min、18℃/25min。由此可見，因沒有正常工作，D12 芯片的溫升數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)溫升數(shù)據(jù)，而D15 芯片的升溫數(shù)據(jù)測得值：25℃/5min、28℃/10min、26 ℃/15min、27 ℃/20min、28 ℃/25min，其 標(biāo) 準(zhǔn) 溫 升 數(shù) 據(jù) 為：20℃/5min、22.5℃/10min、23℃/15min、23.8℃/20min、24℃/25min，由于D15 芯片輸入電流過大，致使其溫升數(shù)據(jù)高于標(biāo)準(zhǔn)溫升數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，對于傳統(tǒng)電子裝備熱像異常檢測性能的方法來說，其具有很多優(yōu)勢的同時，也存在了很多的不足及問題，基于此背景下，相關(guān)人員也加大了研究力度，提出了利用紅外溫升多特征矢量提升電子裝備熱像異常檢測性能的方法，其所構(gòu)建的溫升多特征矢量，具有較強(qiáng)的精細(xì)化，且穩(wěn)定性也十分良好。同時，通過對分段表決等的應(yīng)用，也可以進(jìn)一步達(dá)到升溫全程表征的目的和效果，最終獲得的態(tài)勢分辨與電路故障之間有著非常緊密的聯(lián)系，對后續(xù)智能故障的推理具有很大的促進(jìn)意義和作用。