航天测控电子设备电路板故障诊断技术

随着科学技术的快速发展，特别是数字技术及各种超大规模集成电路的广泛应用，电子装备尤其是军用电子装备结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高。虽然电子系统的性能得到提高，但是对测试和维修保障也产生了测试流程复杂、测试时间长、维修保障困难、维修费用高等诸多问题，这些问题严重影响了电子设备的完好性和寿命周期。　　电路板故障诊断技术，可以快速、准确地对电子系统是否异常进行判断，对于出现的故障进行快速定位，并将故障隔离到最小可更换单元。在电子设备维护保障中应用现代故障诊断技术，可以提高系统的可靠性、有效性，保障设备发挥最大设计能力，延长使用寿命，降低寿命周期费用；通过检测监视、故障统计分析及性能评估等，为设备优化设计提供数据和信息，因此研究电子设备尤其是电路板故障诊断技术，将研究成果产品化推广应用，具有广阔的应用前景。
　　故障诊断技术的概况及发展前景
　　故障诊断是根据对被诊断对象测试所取得的有用信息进行分析处理，判断被诊断对象的状态是否处于异常状态或故障状态，确定故障的方位，预示故障的发生。早期的故障诊断是依据人对被诊断对象的感觉、听觉、触觉等感官和以往积累的相关经验，对其状态特征进行分析，判断某些故障的存在，或预测故障发生的时间。维修是为使设备保持或恢复到规定状态所进行的全部活动，即不仅包括设备在使用过程中发生故障（损坏）时进行修复，以恢复其规定状态的修复性维修，而且还包括在故障（损坏）前，预防故障以保持规定状态所进行的预防性维修活动。近年来，数字技术和超大规模集成电路广泛应用于功能电路板的设计中，电子设备的功能和结构也越来越复杂，因此对其的测试工作量大，对检测的质量要求高，一般情况下很难依靠人的感官和经验把故障因素检查出来。现代故障诊断技术是近年来随着电子计算机技术、现代测试技术和人工智能技术的迅速发展而发展起来的一种新技术，是指应用现代化仪器设备和计算机系统等高新技术设备，通过测试来检查和识别设备及零部件的实时技术状态，对其进行科学的诊断。应用故障诊断技术对设备进行测试和诊断，可以及时发现设备的故障和预防恶性事故的发生，从而避免出现重大损失。
　　美国是对故障诊断技术进行系统研究最早的国家之一，1961年美国开始执行阿波罗计划后，出现了一系列设备故障，促使1967年在美国航天局（NASA）倡导下，由美国海军研究室（ONR）主持美国机械故障预防小组（MFPG），积极从事故障诊断技术的研究和开发。美国作为世界头号军事强国，非常重视军事武器装备的后勤补给和维护保障，由于武器系统越来越复杂，装备设计越来越多地考虑保障问题，以确保维修工作能简单有效地进行，使装备能时刻保持可用状态，因此各种类型的故障诊断和维修专家系统已用于美国F-15战斗机、B-1B轰炸机、海军舰艇、陆军军械装置等现役武器装备的故障诊断和维修中。目前美国在航空、航天、核工业以及军事部门中诊断技术占有领先地位。欧洲一些国家在设备诊断技术方面也有很大进展，如英国从60年代末70年代初开始诊断技术的开发研究，在工业、核发电等方面占有某种优势。
　　我国虽然对故障诊断技术的研究起步较晚，但近年来得到迅速发展。在重要系统和装备的研制中提出了明确的测试性要求，制定了《装备测试性大纲》（GJB-2547-95）、《测试与诊断术语》（GJB-3385-98）等国家军用标准。国内军用测试系统，也随着军用设备对测试诊断技术的要求逐步开展研究。目前国内对装备的故障诊断技术，尤其是电路板级故障诊断技术的研究有了较大的进展。
　　北京航天测控技术开发公司在自动测试、故障诊断技术研究和相关产品开发方面取得了较大的成绩，开发出了具有自主知识产权的“华佗电子诊所”系列产品，包括HTEDS8000电子设备电路板维修测试与诊断系统、Fault Doctor故障诊断软件平台等产品，该产品综合应用了先进的测试与故障诊断技术，适于电子设备尤其是军用武器电子装备的板级维修测试及综合保障，在海军、空军、二炮等军兵种进行了推广应用。
　　电路板故障诊断系统实现
　　为了实现电路板测试与诊断，故障诊断系统一般应具有电路板功能检测、激励信号生成、信号测试与采集、信息管理和数据分析等系统功能，可对各类型电路板进行测试诊断，将故障隔离定位到发生故障的最小可更换单元（如元器件）。
　　北京航天测控技术开发公司自主开发的HTEDS8000 电子设备电路板维修测试与诊断系统基于VXI总线构架，具有开放式、模块化、易扩展的结构特点。系统主要任务是通过建立的系统硬件平台，达到模拟电路板实际工作环境，完成被测板诊断信息获取，经过诊断程序的分析、判断确定故障位置，完成故障诊断的目的。系统主控计算机软件通过标准接口软件实现对VXI总线仪器和IEEE488接口仪器的控制，产生仿真测试所需的激励，通过通用信号转接箱和专用适配器加载至被测板边缘连接器的相应端子，同时获取相应的响应数据，通过诊断软件的分析、判断，完成故障定位。