一种基于低频噪声测量的模拟电路故障诊断方法[发明专利]

*CN102129029A*

(10)申请公布号 CN 102129029 A(43)申请公布日 2011.07.20

(12)发明专利申请

(21)申请号 201010605829.6(22)申请日 2010.12.27

(71)申请人东北电力大学

地址132012 吉林省吉林市船营区长春路

169号东北电力大学科技产业处(72)发明人陈晓娟 赵睿 唐龙泳(74)专利代理机构吉林市达利专利事务所

22102

代理人陈传林(51)Int.Cl.

G01R 31/316(2006.01)

权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 1 页

(54)发明名称

一种基于低频噪声测量的模拟电路故障诊断方法(57)摘要

本发明是一种基于低频噪声测量的模拟电路故障诊断方法，其特点是：对待测电路进行噪声参数的测量，并通过计算获得待测电路的理论噪声参数值，然后比较两者的差异，从而判断模拟电路的故障所在；该方法不仅能诊断由电路参数变化、开路、短路等导致的硬故障，还可以诊断由电路中所用元器件缺陷引起的软故障。在不破坏被诊断电路的前提下，能准确发现和判定器件缺陷，诊断精度高，无需外部激励信号源。

CN 102129029 ACN 102129029 ACN 102129037 A

权 利 要 求 书

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1.一种基于低频噪声测量的模拟电路故障诊断方法，其特征是：它包含以下步骤：

(1)首先对无故障模拟电路中所用的器件进行等效噪声模型的测量，计算同一型号若干个器件等效噪声电压或电流的均值和相关系数及同一型号若干个器件等效噪声电压或电流的容差；

(2)利用Pspice仿真软件计算无故障状态下模拟电路输出观察点电压或电流噪声功率谱及其容差计算；

(3)利用Pspice仿真软件对有故障模拟电路输出观察点电压或电流噪声谱和容差进行测量；

(4)对步骤(2)和(3)的电压或电流进行比较，测得的噪声差别是否在容差范围内；(5)若步骤(4)测得的电压或电流噪声功率谱差别在容差范围内则判定模拟电路无故障；

(6)若步骤(4)测得的电压或电流噪声功率谱差别超出了电路的容差范围，则进一步对该模拟电路进行故障诊断；

(7)对电路进行分块剖析，选择电路中的多个观察点或改变电路外部连接方式进一步测量分析电压或电流噪声谱，重复(4)和(6)步骤，定位模拟电路的故障状态及故障元件的位置；

(8)将步骤(6)进一步对模拟电路进行故障诊断，判定此时电路参数变化、开路、短路等导致的电路硬故障；

(9)将步骤(6)进一步对模拟电路进行故障诊断，若不是电路硬故障，则判定该故障是由元器件缺陷引起的电路软故障。

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说 明 书

一种基于低频噪声测量的模拟电路故障诊断方法

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所属技术领域

[0001] 本发明属于模拟电路故障诊断领域，涉及一种利用低频噪声测量的方法对模拟电路进行故障诊断。背景技术

[0002] 现行的模拟电路故障诊断方法有：故障字典法、模拟电路故障诊断L1范数方法、神经网络法。这些诊断方法的主要缺点是：1可以诊断诸如开路、短路等硬故障，而对像由元器件缺陷引起的软故障则无法诊断，不能发现电路的潜在故障；2问题的求解基于传统的计算机数值算法，耗时长不适用于实时性要求较高的场合；3电路中发生故障的器件数要少；4被诊断电路不宜过于复杂。[0003] 本发明的目的是，克服现有模拟电路故障诊断方法存在的缺点，提供一种在不破坏被诊断电路的前提下，能准确发现和判定器件缺陷，诊断精度高，无需外部激励信号源的基于噪声测量的模拟电路故障诊断方法。

[0004] 本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种基于噪声测量的模拟电路故障诊断方法，其特征是：它包含以下步骤：

[0005] (1)首先对无故障模拟电路中所用的器件进行等效噪声模型的测量，计算同一型号若干个器件等效噪声电压或电流的均值和相关系数及同一型号若干个器件等效噪声电压或电流的容差；

[0006] (2)利用Pspice仿真软件计算无故障状态下模拟电路输出观察点电压或电流噪声功率谱及其容差计算；

[0007] (3)利用Pspice仿真软件对有故障模拟电路输出观察点电压或电流噪声谱和容差进行测量；

[0008] (4)对步骤(2)和(3)的电压或电流进行比较，测得的噪声差别是否在容差范围内；

[0009] (5)若步骤(4)测得的电压或电流噪声功率谱差别在容差范围内则判定模拟电路无故障；

[0010] (6)若步骤(4)测得的电压或电流噪声功率谱差别超出了电路的容差范围，则进一步对该模拟电路进行故障诊断；[0011] (7)对电路进行分块剖析，选择电路中的多个观察点或改变电路外部连接方式进一步测量分析电压或电流噪声谱，重复(4)和(6)步骤，定位模拟电路的故障状态及故障元件的位置；

[0012] (8)将步骤(6)进一步对模拟电路进行故障诊断，判定此时电路参数变化、开路、短路等导致的电路硬故障；

[0013] (9)将步骤(6)进一步对模拟电路进行故障诊断，若不是电路硬故障，则判定该故障是由元器件缺陷引起的电路软故障。发明内容

[0014] 本发明是根据不同性质的过激低频噪声对应不同的电路故障，例如：非基本过激1/f噪声对应电路中有源器件的表面或体内缺陷，G-R噪声则反映电路中有源器件位错及深能级杂质缺陷等而提出的一种基于噪声测量的模拟电路故障诊断方法，能够对待测电路

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说 明 书

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进行噪声参数的测量，并通过计算获得待测电路的理论参数值，然后，比较两者的差异，从而判断系统的故障所在。其有益效果体现在：在不破坏被诊断电路的前提下，能准确发现和判定器件缺陷，诊断精度高，无需外部激励信号源。附图说明

[0015] 图1是一种基于低频噪声测量的模拟电路故障诊断方法流程图。[0016] 图2是被一种基于低频噪声测量的模拟电路故障诊断的系统、网络等效噪声模型框图。具体实施方式

[0017] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。[0018] 参照图1，本发明的一种基于低频噪声测量的模拟电路故障诊断方法，包含以下步骤：

[0019] (1)首先对无故障模拟电路中所用的器件进行等效噪声模型的测量，计算同一型号若干个器件等效噪声电压或电流的均值和相关系数及同一型号若干个器件等效噪声电压或电流的容差；

[0020] (2)利用Pspice仿真软件计算无故障状态下模拟电路输出观察点电压或电流噪声功率谱及其容差计算；

[0021] (3)利用Pspice仿真软件对有故障模拟电路输出观察点电压或电流噪声谱和容差进行测量；

[0022] (4)对步骤(2)和(3)的电压或电流进行比较，测得的噪声差别是否在容差范围内；

[0023] (5)若步骤(4)测得的电压或电流噪声功率谱差别在容差范围内则判定模拟电路无故障；

[0024] (6)若步骤(4)测得的电压或电流噪声功率谱差别超出了电路的容差范围，则进一步对该模拟电路进行故障诊断；[0025] (7)对电路进行分块剖析，选择电路中的多个观察点或改变电路外部连接方式进一步测量分析电压或电流噪声谱，重复(4)和(6)步骤，定位模拟电路的故障状态及故障元件的位置；

[0026] (8)将步骤(6)进一步对模拟电路进行故障诊断，判定此时电路参数变化、开路、短路等导致的电路硬故障；

[0027] (9)将步骤(6)进一步对模拟电路进行故障诊断，若不是电路硬故障，则判定该故障是由元器件缺陷引起的电路软故障。[0028] 测量注意事项：被测噪声的功率要远大于测量放大器本身的噪声功率，并且屏蔽效果要好，要充分抑制各种干扰的影响。[0029] 参照图2，即首先使系统为零输入，测量此时的系统输出噪声电压Vout；再对系统进行传递函数的测量，得到其传递函数H；最后利用Vout＝H(En)的关系，即可求出等效输入噪声电压En、电流In的大小，传递函数H就是系统的输出与输入之比。[0030] 所述Pspice仿真软件为常用的市售软件。

[0031] 利用本发明的一种基于低频噪声测量的模拟电路故障诊断方法对168台次系统、网络上的实际诊断应用，实现了本发明目的和达到了所述的效果。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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