本發(fā)明涉及基于緊密度評價的模擬電路故障檢測中測試激勵生成方法。

背景技術：

模擬電路中的故障可以分為硬故障和軟故障，硬故障指的是由于元器件的短路或者斷路使得電路的拓撲結構發(fā)生了改變，造成性能嚴重下降甚至電路失效；而軟故障指的是電路中的元器件參數(shù)值偏移了允許的容差范圍，從而引起電路的性能下降，導致電路無法正常工作。模擬電路故障檢測通常應包括測試激勵的生成，測試節(jié)點的選擇，故障特征的提取以及故障檢測這幾個部分。其中，測試激勵生成是模擬電路故障檢測的重要環(huán)節(jié)，合適的測試激勵選擇對提高模擬電路故障檢測率，降低檢測時間以及檢測成本有著重要的意義。尤其對于故障特征較為微弱的故障狀態(tài)，合適的測試激勵能夠產生更加明顯的故障特征，從而更易于進行故障檢測。

傳統(tǒng)的模擬電路測試激勵通常選擇方波信號，包含全頻帶的激勵頻率，但是由于模擬電路的輸出只對幾個頻率敏感，所以采用方波作為激勵信號會使故障特征湮沒在輸出中，因此對模擬電路的故障檢測率，尤其是故障特征本身比較微弱的故障狀態(tài)的故障檢測率會很低。因此，就產生了對能夠激勵出更加明顯故障特征的測試激勵生成方法的需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術對故障特征本身比較微弱的故障狀態(tài)的故障檢測率會較低的缺點，而提出一種基于緊密度評價的模擬電路故障檢測中測試激勵生成方法。

一種基于緊密度評價的模擬電路故障檢測中測試激勵生成方法包括以下步驟：

步驟一：獲取電路在n次正常工作狀態(tài)和n次元件h(元件h為電路中的任意元件)處于故障狀態(tài)下，在全頻帶范圍工作的特征信息，所述特征信息包括輸出信號的電壓值和相位；

步驟二：根據(jù)特征信息計算待測電路在全頻帶下n次元件h處于故障狀態(tài)時特征值超出正常工作范圍的量值大小與次數(shù)；所述正常工作為電路中各元件的參數(shù)值在容差范圍內；

步驟三：根據(jù)特征信息和步驟二得到的故障狀態(tài)時特征值超出正常工作范圍的量值大小與次數(shù)計算全頻帶的緊密度函數(shù)值，并得到緊密度函數(shù)曲線；

步驟四：選擇緊密度函數(shù)曲線中緊密度函數(shù)值取最大時對應的測試激勵作為檢測元件h的測試激勵。

本發(fā)明采用緊密度作為評價標準，通過緊密度函數(shù)來評價模擬電路元件故障狀態(tài)與正常狀態(tài)的偏離程度，選出偏離正常狀態(tài)最大的激勵頻率作為測試激勵的頻率。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明提供了一種基于緊密度評價的模擬電路故障檢測中測試激勵生成方法，能夠生成產生更明顯故障特征的測試激勵，提高了對模擬電路故障檢測的檢測率，尤其是對于較難檢測的故障特征微弱的故障狀態(tài)也有很好的檢測效果。以sallen-key電路為例，與采用脈沖作為測試激勵的故障檢測率相比，采用本發(fā)明提供的一種基于緊密度評價的模擬電路故障檢測中測試激勵生成方法所產生的測試激勵的故障檢測率提高15％。

采用本發(fā)明中的基于緊密度評價的模擬電路故障檢測中測試激勵生成方法生成的測試激勵信號能夠更好的提取出故障狀態(tài)的特征信息，對于難以檢測的故障狀態(tài)，如：模擬電路潛在故障，其檢測效果要遠好于采用傳統(tǒng)的測試激勵時的檢測效果。

附圖說明

圖1為sallen-key帶通濾波器電路的電路圖；

圖2為電阻r1元件參數(shù)偏離標稱值30％時的緊密度函數(shù)曲線；

圖3為電阻r5元件參數(shù)偏離標稱值30％時的緊密度函數(shù)曲線；

圖4為電容c1元件參數(shù)偏離標稱值30％時的緊密度函數(shù)曲線；

圖5為電容c2元件參數(shù)偏離標稱值30％時的緊密度函數(shù)曲線。

具體實施方式

具體實施方式一：一種基于緊密度評價的模擬電路故障檢測中測試激勵生成方法包括以下步驟：

步驟一：獲取電路在n次正常工作狀態(tài)和n次元件h(元件h為電路中的任意元件)處于故障狀態(tài)下，在全頻帶范圍工作的特征信息，所述特征信息包括輸出信號的電壓值和相位；

步驟二：根據(jù)特征信息計算待測電路在全頻帶下n次元件h處于故障狀態(tài)時特征值超出正常工作范圍的量值大小與次數(shù)；所述正常工作為電路中各元件的參數(shù)值在容差范圍內；

步驟三：根據(jù)特征信息和步驟二得到的故障狀態(tài)時特征值超出正常工作范圍的量值大小與次數(shù)計算全頻帶的緊密度函數(shù)值，并得到緊密度函數(shù)曲線；

步驟四：選擇緊密度函數(shù)曲線中緊密度函數(shù)值取最大時對應的測試激勵作為檢測元件h的測試激勵。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述步驟一中獲取電路在n次正常工作狀態(tài)和n次元件h處于故障狀態(tài)下，在全頻帶范圍工作的特征信息的具體過程為：

步驟一一：獲取待測電路在全頻帶下n次正常工作的電壓值以及對應的電壓值的最大值和最小值；

步驟一二：獲取待測電路在全頻帶下n次正常工作的相位值以及對應的相位值的最大值和最小值；

步驟一三：獲取待測電路在全頻帶下n次某元件h處于故障狀態(tài)下的電壓值；

步驟一四：獲取待測電路在全頻帶下n次某元件h處于故障狀態(tài)下的相位值。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述步驟二中根據(jù)特征信息計算待測電路在全頻帶下n次元件h處于故障狀態(tài)時特征值超出正常工作范圍的量值大小與次數(shù)的具體過程為：

步驟二一：獲得待測電路在全頻帶下n次元件h處于故障狀態(tài)時電壓值超出正常工作范圍的量值大小與次數(shù)；

步驟二二：獲得待測電路在全頻帶下n次元件h處于故障狀態(tài)時相位值超出正常工作范圍的量值大小與次數(shù)。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述步驟三中根據(jù)特征信息和步驟二得到的故障狀態(tài)時特征值超出正常工作范圍的量值大小與次數(shù)計算全頻帶的緊密度函數(shù)值的具體過程為：

由于模擬電路中不同電路元件的故障對于輸出信號的幅值的量值影響的程度不同，并且其能導致電路的最終輸出信號偏離正常輸出范圍的概率也不同，因此，這里引入緊密度的概念來衡量模擬電路中不同電路元件對輸出信號的影響程度。

緊密度用于衡量模擬電路中的元件故障狀態(tài)與正常工作狀態(tài)的偏離程度，用緊密度函數(shù)進行度量。

步驟三一：計算待測電路在某一頻點下n次某元件h處于故障狀態(tài)下時電壓值超出正常工作范圍的量值的平方和并歸一化到0到1之間，用表示，相位值超出正常范圍的量值的平方和并歸一化到0到1之間，用表示；dv(i)為第i次元件h處于故障狀態(tài)下時電壓值超出正常工作范圍的量值，dp(i)為第i次元件h處于故障狀態(tài)下時相位值超出正常工作范圍的量值；

步驟三二：計算緊密度函數(shù)中衡量故障狀態(tài)對量值影響的因子fd，計算公式為：

步驟三三：計算待測電路在某一頻點下n次元件h處于故障狀態(tài)下時電壓值超出正常工作范圍的次數(shù)的平方和并歸一化到0到1之間，用表示；相位值超出正常工作范圍的次數(shù)的平方和并歸一化到0到1之間，用表示；nv(i)為第i次元件h處于故障狀態(tài)下時電壓值超出正常工作范圍的次數(shù)，np(i)為第i次元件h處于故障狀態(tài)下時相位值超出正常工作范圍的次數(shù)；

步驟三四：計算緊密度函數(shù)中衡量故障狀態(tài)出現(xiàn)概率的因子fn，計算公式為：

步驟三五：計算待測電路在某一頻點下的緊密度函數(shù)f，計算公式為：

f＝fd+fn

步驟三六：計算待測電路在全頻帶下h個頻點的緊密度函數(shù)f，得到緊密度函數(shù)曲線，h為全頻帶所取頻率個數(shù)；具體數(shù)值可根據(jù)實際需要確定，可取在1hz～1mhz內取千個頻率點。

由兩個因子構成，其中：h為掃頻個數(shù)，選擇模擬電路輸出的電壓值作為模擬電路輸出的特征量對緊密度函數(shù)進行計算時，因子n為進行蒙特卡洛的次數(shù)；因子為h元件在n次蒙特卡洛分析下的故障狀態(tài)輸出的電壓值超出在容差范圍內正常工作輸出的電壓值的平方和；因子為h元件在n次蒙特卡洛分析下的故障狀態(tài)下輸出的電壓值超出在容差范圍內正常工作輸出的電壓值對應的蒙特卡洛次數(shù)的平方和。因此，因子反映了對一模擬電路系統(tǒng)進行n次蒙特卡洛分析下，由于h元件發(fā)生故障，最終輸出信號的電壓值超出正常工作范圍的電壓值的平均值，用于衡量電路系統(tǒng)中h元件發(fā)生故障時，其對于輸出信號在幅值上的影響；因子反映了對一模擬電路系統(tǒng)進行n次蒙特卡洛分析下，由于h元件發(fā)生故障，輸出信號的電壓值超出正常工作范圍的概率，用于衡量電路系統(tǒng)中某一元件發(fā)生故障時，其對輸出信號的幅值造成影響的可能性大小。

同理，選擇模擬電路輸出的相位值作為模擬電路輸出的特征量對緊密度函數(shù)進行計算時，因子n為進行蒙特卡洛的次數(shù)；因子為h元件在n次蒙特卡洛分析下的故障狀態(tài)輸出的相位值超出在容差范圍內正常工作時輸出的相位值的和；因子為h元件在n次蒙特卡洛分析下的故障狀態(tài)下的輸出的相位值超出在容差范圍內正常工作的輸出的相位值對應的蒙特卡洛次數(shù)。因此，因子反映了對一模擬電路系統(tǒng)進行n次蒙特卡洛分析下，由于h元件發(fā)生故障，最終輸出信號的相位值超出正常工作范圍的相位值的平均值，用于衡量電路系統(tǒng)中h元件發(fā)生故障時，其對于輸出信號對相位的影響；因子反映了對一模擬電路系統(tǒng)進行n次蒙特卡洛分析下，由于h元件發(fā)生故障，輸出信號的相位值超出正常工作范圍的概率，用于衡量電路系統(tǒng)中某一元件發(fā)生故障時，其對輸出信號的相位造成影響的可能性大小。

若模擬電路系統(tǒng)正常工作，則其對于任一的電路元件的緊密度均為0。因此，緊密度函數(shù)既衡量了電路系統(tǒng)中某元件處于故障狀態(tài)下的最終輸出信號的電壓值和相位偏離正常工作狀態(tài)的程度，也衡量了電路系統(tǒng)中某元件處于故障狀態(tài)的最終輸出信號偏離正常工作狀態(tài)的可能性大小。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

實施例一：

以sallen-key帶通濾波器電路為例，說明本發(fā)明的測試激勵生成方法的實施過程，其中sallen-key帶通濾波器電路的電路圖如圖1所示：

其中，設定電路正常工作狀態(tài)的元件參數(shù)容差為5％，當電路元件電阻r1，電阻r5，電容c1，電容c2元件參數(shù)偏離標稱值30％時的緊密度函數(shù)曲線如圖2-圖4所示，可以看出對于不同元件，應選擇不同的測試激勵頻率。

通過本發(fā)明中的測試激勵生成方法得出sallen-key帶通濾波器電路中各元件的測試激勵頻率如表中所示：

本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，本領域技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。