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航空装备机内测试(BIT)技术

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【摘要】:
概述  为了给故障诊断提供最大的方便,提高测试性水平,在系统和设备内部设置了用于状态监控、故障检测与隔离的硬件和软件或自检装置等,使得系统和设备本身就能检查工作是否正常或确定什么地方发生了故障,这就是机内测试(BIT,builtintest)。美军标MIL-STD-1309C对BIT的定义如下:定义1:BIT是指系统、设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力;定义2:BIT是指系统主装备不用外部

概述

  为了给故障诊断提供最大的方便,提高测试性水平,在系统和设备内部设置了用于状态监控、故障检测与隔离的硬件和软件或自检装置等,使得系统和设备本身就能检查工作是否正常或确定什么地方发生了故障,这就是机内测试(BIT,built in test)。美军标MIL-STD-1309C对BIT的定义如下:

定义1:BIT是指系统、设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力;

定义2:BIT是指系统主装备不用外部测试设备就能完成对系统、分系统或设备的功能检查、故障诊断与隔离以及性能测试,它是联机检测技术的新发展。

  我国国军标GJB2547-95《装备测试性大纲》将BIT定义为系统或设备内部提供的检测和隔离故障的自动测试能力。

  航空装备机内测试(BIT)是测试技术的一个分支,是一门高度专业化的技术。在测试技术的基础上,BIT是武器装备实现故障预测和状态管理(PHM)的重要支撑技术。

  BIT的度量指标主要有故障检测率(FDR,fault detection tate)、故障隔离率(FIR,fault isolation rate)、虚警率(FAR,false alarm rate)、故障检测时间(FDT,fault detection time,)、故障隔离时间(FIT,fault isolation time)等。按照国军标,故障检测率定义为:用规定方法正确检测的故障数与故障总数之比,用百分数表示。故障隔离率定义为:用规定方法将检测到的故障正确隔离到不大于规定模糊度的故障数与检测到的故障数之比,用百分数表示。虚警率定义为:在规定时间内发生的虚警数和同一时间内的故障指示总数之比,用百分数表示。故障检测时间定义为:从开始故障检测到给出故障指示所经历的时间。故障隔离时间定义为:从检测出故障到完成故障隔离所经历的时间。其中,故障检测率、故障隔离率和虚警率是度量BIT能力的主要指标。

 

基本原理

从原理方面分析,BIT包括状态检测、故障诊断、故障预测、故障决策4个方面内容。

(1)BIT状态检测

  设备状态检测是故障诊断的基础,状态信息获取的准确性与完备性直接影响BIT故障检测与诊断能力。状态检测包括制定BIT检测方案、确定被测信号和参数、选用传感器等。具体应考虑以下几个方面的问题:

①准确地采集和测量被测对象的各种信号和参数,如功率、电压、电流、温度等。关键在于提高检测精度和简化检测方法,要针对不同测试对象,合理地应用各种新型智能传感器,从而减少体积和功耗,提高精度和稳定性,降低后端数据处理难度;

②针对基于边界扫描机制的电路板日益增多的情况,侧重考虑基于边界扫描机制的智能电路板级的BIT检测方案;

③对检测过程中得到的原始状态数据进行必要的滤波处理,减少由于噪声和干扰造成的BIT虚警;

④在BIT状态检测过程中,单个检测点得到的数据往往只能反映被测对象的部分信息,不同检测测点的信息之间可能存在冲突,为了提高检测的有效性,可对不同检测点得到的数据信息进行融合处理;

⑤采用智能传感技术、自适应滤波技术等进行信息的获取和分析,以降低虚警和提高BIT的检测性能。

(2)BIT故障诊断

  BIT故障诊断就是根据所掌握的被测对象的故障模式和特征参量,结合检测得到的系统状态信息,判断被测对象是否处于故障状态,并找出故障部位和故障原因。除传统的故障诊断理论和方法外,近年来智能故障诊断领域的研究成果,大多数相关理论和技术,都可以应用于BIT的故障诊断。

(3)BIT故障预测

  BIT故障预测包括故障的发展趋势和设备的剩余寿命等。其中,混沌理论、神经网络等在故障预测中都起到了广泛应用。

  故障预测神经网络主要以两种方式实现预测功能:一是以神经网络(如BP网)作为函数逼近器,对设备工况的某参数进行拟合预测;二是考虑输入输出间的动态关系,用动态神经网络对过程或工况参数建立动态模型而进行故障预测。

  动态神经网络预测是一个动态时序建模过程。人们已经提出了许多有效的网络结构,其中包括全连接网络以及各种具有局部信息反馈结构的网络模型等,这些网络的一个共同特点是其输出不仅取决于当前输入,还依赖于网络过去的状态、网络本身的动态情况。这样,就可以利用设备中多个相关参量的历史数据判断并预测设备的状态,从而减少了因间歇故障引起虚警的概率。这是BIT故障预测技术得到重视的一个重要原因。

(4)BIT故障决策

  BIT故障决策就是在综合各方面情况的基础上,针对不同的故障源和故障特征,采用最优化方法,提出最合理的维修方案、维护策略和处理措施。BIT故障决策的主要依据是故障危害度分析,例如,飞机电源系统BIT决策的内容主要有降级运行、跳闸保护、余度供电等多种备选处理方案,决策的方式可分为现场决策和远程支持决策。

 

技术分类

BIT分类方法有很多种。

按BIT工作方式和时段不同,主要分为:

①连续BIT:连续不间断地监测系统工作状态;

②周期BIT:以某一频率执行系统故障检测的一种BIT形式;

③启动BIT:在外部事件(如操作者启动)发生后才执行监测;

④加电BIT:当系统接通电源时启动执行规定检测程序的一种BIT,它是启动BIT的一种特定形式;

⑤维修BIT:在系统完成任务后(如飞机着陆后)执行维修检查测试。

按BIT设计方法,可分为:

①通用BIT技术:主要有余度BIT技术、环绕BIT技术和并行测试技术;

②数字BIT技术:超大规模集成电路(VLSI)芯片BIT的单板综合、特征分析、机内逻辑块观察、扫描技术;

③模拟BIT技术:模拟电路BIT技术、电压求和BIT技术、比较器;

④智能BIT技术:智能BIT理论和技术以人工智能、信息论、系统论、控制论等理论为基础,以传感器技术、电子电路技术和计算机技术为支撑手段,以大幅度提高BIT的设计、检测、诊断和维修能力为目标。智能BIT理论和技术已在航空航天等领域得到成功应用,并得到了军方的大力支持。

按被测对象,BIT可分为:

①电子系统BIT;

②机电系统BIT。

  BIT的测试功能被分成两组:管理BIT和测试BIT。管理BIT包括一些执行功能,如管理/控制数据访问、存储/获取BIT数据、报告、通信。测试BIT包括模拟/检查输入、获取非BIT数据、对数据进行简单的处理和分析以便决定是否有故障被检测或隔离。BIT功能树如下图1所示.

1 BIT功能树

 

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