板内连接型间歇故障检测与诊断技术

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随着我国装备服役年限的增长和实战化运用水平的提高,间歇故障出现的频率越来越高,日益成为影响装备服役安全和任务成功的重要因素。由于间歇故障瞬变、随机、持续时间极短等特性,检测与诊断定位难度极大。论文在基础加强计划重点基础研究项目资助下,针对电子设备的主要间歇故障类型—板内连接型间歇故障,深入分析其间歇故障机理,开展间歇故障的检测与诊断技术研究。论文的主要研究内容包括:(1)板内连接型间歇故障机理针对电子设备板内连接型间歇故障机理不明确、间歇故障参数特性认识不清晰的问题,采用理论和试验分析相结合的方法进行了间歇故障机理分析。首先分析板内连接结构特性,重点针对DIP(Dual Inline-pin Package,双列直插式封装)和SMT(Surface Mounted Technology,表面贴装技术)两种封装结构进行分析。进一步分析焊点裂纹对间歇故障电参数特性的影响,探究引起间歇故障的物理原因。而后综合间歇故障复现试验数据,分析不同封装模式下焊点间歇故障参数随着时间的变化特性。(2)间歇故障测试通路分析与检测针对板内连接环节众多、连接结构复杂的问题,为以较少的测试通路覆盖板内多个连接环节,提高测试效率,提出了基于电路网络模型的板内连接型间歇故障测试通路分析方法和基于正交网络结构的多路间歇故障并行检测方法。首先根据板内电路的物理结构特性,建立了直流激励下的电路网络模型,采用路径边权值和描述电路网络模型中连接型间歇故障的数目,然后基于图搜索算法得到不同测试通路所覆盖连接型间歇故障数目,选取代价最小、效果最优的测试通路。进一步为实现电子设备中多路间歇故障的同步并行测试,研究了基于正交网络结构的多路间歇故障并行检测方法,采用网络结构与定位算法实现了间歇故障发生通路的定位。最后采用多路间歇故障模拟开关开展实验验证,结果表明基于正交网络结构的多路间歇故障并行测试方法有效可行。(3)焊点间歇故障动力学建模与动态特性分析针对间歇故障动态特性不清晰问题,为进一步确定连接型间歇故障所发生的具体焊点,进行了焊点间歇故障动力学建模与动态特性分析。首先重点针对SMT和DIP两种典型焊点封装模式,结合焊点连接部位结构特性,构建了两种类型的焊点间歇故障动力学模型。然后基于动力学模型,计算得到间歇故障特征频率,开展扫频振动实验,表明间歇故障特征频率与焊点封装模式密切相关。最后,考虑间歇故障过程中刚度的动态变化特性,仿真分析焊点间歇故障的随机动态特性,建立间歇故障参数与焊点连接部位刚度的关联关系,为下一步间歇故障定位判据提供理论依据。(4)基于间歇故障信号特征分析的诊断方法针对电子设备板内连接型间歇故障定位问题,基于上述间歇故障参数特征与封装模式密切相关的分析结果,提出了基于间歇故障信号特征分析的诊断方法。首先将间歇故障信号进行小波变换,得到间歇故障信号小波系数矩阵。然后,考虑到间歇故障的非平稳特性,充分综合间歇故障信号时域和频域信息,提出了基于小波时频熵的焊点间歇故障诊断方法。最后,应用仿真和实物实验数据进行验证,表明提出的间歇故障诊断方法有效可行。论文针对电子设备板内连接型间歇故障定位问题,在深入分析板内连接型间歇故障机理的基础上,从间歇故障检测的角度,提出了基于电路网络模型的间歇故障测试通路分析方法,研究了基于正交网络结构的多路间歇故障同步并行检测方法。另一方面,从间歇故障诊断定位角度,构建了典型封装模式焊点连接间歇故障动力学模型,分析了间歇故障动态特征,提出了基于小波时频熵的焊点间歇故障诊断方法,实现了板内连接型间歇故障的诊断定位。上述研究成果为解决电子设备板内连接型间歇故障检测与诊断问题提供了一条可行的技术途径。
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