имеем существенное повышение эффективности. Для некоторого эквивалентного числа проводников тэ величина ДМ = 0 и оба алгоритма равноценны. При дальнейшем уменьшении числа проводников модифицированный алгоритм становится менее эффективным.

Большинство применяемых на практике схем соединений содержит вначительное число проводников, имеющих по небольшому количеству концевых полюсов. Поэтому использование модифицированного алгоритма обеспечивает существенное снижение трудоемкости диагностирования соединений при отсутствии априорной информации о количестве и структуре отдельных проводников.

АЛГОРИТМ КОНТРОЛЯ ПРАВИЛЬНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ

В отличие от диагностирования операции контроля не обеспечивают полной идентификации схемы соединений. Контроль лишь устанавливает факт соответствия (несоответствия) контролируемой схемы заданной схеме соединений, принимаемой за эталон. Дополнительная априорная информация о структуре соединений обеспечивает существенное уменьшение трудоемкости алгоритмов контроля. Перед началом проверки всегда известно полное опиеа-

Кие эталонной схемы соединений. Описание задано в виде матрицы Црмежностей либо, в виде рассмотренных выше таблиц описаний проводников.

К Задача контроля правильности соединений разделяется на две: контроль отсутствия обрывов в проводниках; контроль отсутствия взаимных соединений между проводниками.

Для узлового полюса каждого проводника осуществляется последовательная проверка наличия (отсутствия) соединений с соответствующими этому проводнику концевыми полюсами. Выполнение алгоритма завершается либо после обнаружения первой неисправности (условный выход), либо после окончания проверки всех проводников (безусловный выход). В первом случае устанавливается лишь сам факт неисправности, во втором - получается информация о всех обрывах концевых полюсов..

Определим трудоемкость алгоритма. Допустим, что схема [соединений содержит множество Vs (s = 1,2, т) проводников. Каждый проводник Gs имеет пь концевых вершин. Количество элементарных проверок, необходимых для контроля отсутствия обрывов в проводнике Gs, равно числу его концевых полюсов.

Количество элементарных проверок, необходимых для контроля [отсутствия обрывов во всех проводниках, равно суммарному числу всех концевых вершин:

т

М0 = £ ns = п^-т.

Для узлового полюса каждого проводника проверяется отсутствие замыкания между ним и остальными соединенными вместе -узловыми полюсами. При отсутствии замыкания проверяемый узловой полюс из рассмотрения исключается. При наличии замыкания дальнейшая проверка либо прекращается (условный останов), либо проверяемый полюс заносится в множество подозреваемых проводников (множество Gn). Затем произвольно выбирается узловой полюс очередного проводника и проверяется на отсутствие замыкания со всеми оставшимися, соединенными вместе проводниками. Проверка прекращается, когда все узловые полюса исчерпываются (безусловный останов). При условном останове устанавливается лишь факт неисправности. При безусловном останове проверки формируется множество Gn подозреваемых полюсов. Подозреваемые полюса могут иметь произвольное взаимное соединение, но каждый из них должен быть соединен хотя бы еще с одним из подозреваемых. Следовательно, алгоритм с безусловным остановом дает дополнительную информацию, которая может использоваться при диагностировании. Например, при наличии однократного замыкания между двумя проводниками в множестве Gn окажутся только два этих проводника и схема соединений будет полностью идентифицирована..

3 9-382

Трудоемкость алгоритма контроля отсутствия соединений между проводниками при безусловном останове определяется числом т контролируемых проводников М3 = т - 1. Суммарная трудоемкость обоих алгоритмов при безусловном останове Mk = М0 + + М3 = п - 1. Трудоемкость Mk не зависит от числа проводников, от порядка проверки полюсов, а определяется лишь суммарным числом полюсов проверяемой схемы соединений.

АЛГОРИТМ КОНТРОЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПРАВИЛЬНОСТИ СОЕДИНЕНИЙ

В результате выполнения алгоритмов контроля помимо установления факта неисправности схемы соединений получается следующая дополнительная информация: идентифицируются все обрывы в проводниках; идентифицируются однократные замыкания проводников; формируется множество Gn при многократных замыканиях проводников.

При наличии в множестве Gn более двух подозреваемых проводников для полной идентификации схемы их соединений может быть применен ранее рассмотренный алгоритм дихотомического разделения, представленный на рис. 3.17. Вероятность одновременного замыкания нескольких проводников достаточно мала, поэтому множество Gn имеет небольшое число элементов п„ (пп обычно не превышает 3-5) и трудоемкость алгоритма незначительна:

Мп = log2 пп 1.

Суммарная трудоемкость алгоритмов контроля и диагностирования

Мкп = Mk + Мп = (п - 1) + log2 пп !.-

Так, например, если в результате контроля схемы соединений, имеющей п = 256 полюсов, образовалось множество из пп = 16 подозреваемых полюсов, суммарная трудоемкость алгоритма контроля и диагностирования Mkn = (256- 1) + log2161. Воспользовавшись оценкой (3.41), получим М/ш < (256 - 1) -f- 16 log2 16 == 319 элементарных проверок, т. е. при заданной конфигурации схемы соединений, содержащей 256 полюсов, для полной идентификации ее неисправностей требуется 319 элементарных проверок.

Для сравнения оценим трудоемкость алгоритма дихотомического разделения при идентификации схемы неизвестной конфигурации, содержащей такое же число полюсов: Mg < 256 log2 256 = = 256 8 = 2048 элементарных проверок. Разница, как убеждаемся, существенная.

Рассмотрим объединение алгоритмов контроля и диагностирования неисправностей соединений. На рис. 3.19 показан объединенный граф-алгоритм контроля отсутствия обрывов и коротких замыканий проводников. Перед- началом выполнения алгоритмов

Задать {g) M=0;{Os\=0; S = 1

Выбор проводника

{gsMg}

Множество обрывов {су

Проверка обрывов

S = S+l

Выбор проводника gs]

Соединение проводников, кроме {Qs

Рис. 3.19. Алгоритм контроля правильности соедине-ний.

заносится информация о контролируемой схеме (множество {G}). Множества {V} -короткозамкнутых проводников и {Qs} - обрывов узлов проводников считаются пустыми. Выбирается произвольный проводник {G,} и проверяются все обрывы его узлов. При наличии обрывов формируется множество {Qs} и осуществляется переход к следующему проводнику {Gs+i}. Если обрывы Gs отсутствуют, то множество {Qs\ остается пустым. Выполнение алгоритма контроля отсутствия обрывов завершается, когда все проводники окажутся проверенными.

Далее осуществляется контроль отсутствия коротких замыканий между проводниками, начиная с {Gt}. Проверяется отсутствие замыкания проводника {Gs( со всеми остальными проводниками. При наличии короткого замыкания проводник {Gs} относится к множеству {V} подозреваемых проводников. Циклы проверок повторяются для всех остальных проводников, причем проверенные проводники возвращаются в множество {G}.

После окончания контроля для каждого из проводников {Gsj формируется множество {Qs} обрывов узлов. Кроме того, формируется множество \V) подозреваемых проводников.

Подозреваемые проводники множества {V) могут иметь взаимные соединения. Для точной идентификации схемы взаимных соединений подозреваемых проводников применяется диагностический алгоритм дихотомического разделения, показанный на рис. 3.20. Исходными данными для его реализации служит множество {V}, сформированное ранее. Если число подозреваемых проводников не превышает 2 ({!/} 2), то процесс диагностирования завершается. В противном случае, определяются множества {Qr} короткозамкнутых проводников. Для этого выполняются следующие операции.

Из множества подозреваемых проводников {V) выбирается произвольный проводник vv и относится к множеству {Qi}. Если в множестве {V} помимо v0 содержатся еще проводники, то это множество разделяют на два подмножества {V} и {V } (рис. 3.17). Проводится проверка замыкания проводника с элементами множества {V}, и в случае положительного результата проверки множество {V} принимается за исходное ({V} = {Vt}). В противном случае, исходным множеством считается [Vя}. Циклы повторяются до тех пор, пока в исходном множестве окажется один элемент vk.

Определяется номер проводника vk, и если он равен нулю, проверка проводника завершается. Его место занимает проводник vk; который также относится к множеству {Qi}. Если номер проводника нулевой, то проверка проводника vv также завершается, однако его место занимает любой, произвольно выбранный из оставшихся в множестве {V} проводников. Циклы повторяются, однако они формируют уже следующее множество {Qr+\} короткозамкнутых проводников-. Проверка завершается, когда множество проводников окажется пустым ({V = Ф). В результате выполнения алгоритма

Задать{у}; S = 1

Вывести результат

Конец

Выбрать -д-р из{у}

Отнести hv К проводимку{Ог}

Раздел eHMeiV,} Ha{V}M{V }

НЕТ

НЕТ

НЕТ

Изменить номер r= г + 1

Выбрать

Рис. 3.20. Алгоритм диагностики неисправностей соединений.

Объект контроля

HI 255 256

сформируются множества {Qr} (r - 1, 2, ...) короткозамкнутых проводников, которые вместе с множествами обрывов {QJ выводятся оператору.

Таким образом, обрывы каждого проводника и все короткие замыкания проводников полностью идентифицируются.

Переключение полюсов печатной платы при контроле и диагностировании схемы ее соединений осуществляется коммутаторами

системы в соответствии с рассмотреннымивыше алгоритмами. На рис. 3.21 изображен фрагмент подключения трех каналов коммутатора к различным точкам объекта контроля. Узловые полосы проводников с номерами /, 2, 255, 256 подключены параллельно к коммутаторам шин А и В&К1 и К2). Все концевые полюсы подключены к коммутатору К4 шины Д. Подобное распределение полюсов по коммутаторам выполнено, например, в системе контроля и диагностирования, рассмотренной в работе [9].

При контроле на отсутствие обрывов проводников используются коммутаторы К1 и К4. Узловой полюс подключается к шине А,

255 256

511 512

Рис. 3.21. Пример схемы коммутации при проверке отсутствия обрывов и коротких замыканий печатных проводников.

а концевые полюсы этого же проводника поочередно подключаются к шине Д. Контролируется наличие коротких замыканий шин А и Д.

При контроле на отсутствие соединений между проводниками используются коммутаторы К1 и К2- Проверяемый узел (например, узел /, подключается к шине А, а все остальные узлы (2, 255, 256) объединяются на шине В. Проверяется отсутствие замыканий шин А и В для каждого проводника. Если наличие коротких замыканий между какими-либо проводниками установлено, то их относят к группе подозреваемых и в дальнейшем с помощью коммутаторов А и В подключаются лишь эти проводники. Подключение проводится в соответствии с алгоритмом дихотомического разделения, представленным на рис. 3.17. Например, при проверке проводника с номером 1 к шине В подключается лишь половина из оставшихся

подозреваемых проводников. При наличии короткого замыкания между шинами А и В половина проводников, подключенных к ши- не В, отключается и т. д.

Если различные концевые полюсы одного и того же проводника подключить к различным коммутаторам, то возможна параллельная проверка отсутствия обрывов одновременно нескольких полюсов. Устройства с параллельной проверкой относятся к классу многомерных и обеспечивают существенное повышение производительности контрольно-измерительных операций [30J.

Глава 4

ПРОВЕРКА ПАРАМЕТРОВ АНАЛОГОВЫХ ЭРЭ

В РЕЖИМЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 1. СТРУКТУРЫ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Преобразователи параметров ЭРЭ в цепях постоянного тока имеют высокие метрологические характеристики. Поэтому везде, где это возможно, при использовании в АСКД им следует отдавать предпочтение. Тем не менее, в некоторых случаях для контроля параметров ЭРЭ используются сигналы переменного тока. Это прежде всего относится к преобразователям значений параметров реактивных элементов: катушек индуктивности и конденсаторов.

Однако сопротивление резистора, зашунти-рованного индуктивным элементом, также невозможно измерить на постоянном токе. Сопротивление катушки индуктивности на постоянном токе может оказаться намного ниже сопротивления контролируемого резистора, и точное преобразование становится невозможным.

За счет использования тестирующего напряжения соответствующей высокой частоты индуктивное сопротивление может быть доведено до значения, при котором преобразование сопротивления резистора может быть выполнено с достаточной степенью точности.

Преобразование параметров ЭРЭ в цепях переменного тока выполняется по методу непосредственной оценки (рис. 4.1, а) и по методу сравнения (рис. 4.1, б). На контролируемый элемент КЭ

ЦАП

1->- НЛП-1

- 0 -

Код

Под

Рис. 4.1, Структурные схемы преобразователей параметров ЭРЭ на переменном токе:

с - непосредственное преобразование; б - компенсационное преобразование.

подается тестирующий сигнал от генератора / переменного тока. В преобразователях непосредственной оценки напряжение или ток, значения которых пропорциональны значению контролируемого параметра, усиливаются усилителем У, детектируются детектором Д и фильтруются фильтром Ф. Отфильтрованное постоянное напряжение преобразуется с помощью АЦП в цифровой код ц>я.

В преобразователях сравнения сигнал на выходе КЭ сравнивается с опорным сигналом на выходе ЦАП. Значение U0 устанавливается равным номинальному значению Ux. Дальнейшему преобразованию подвергается не сам сигнал Ux, а разность

AUX = UX-U0. При этом существенно снижаются требования, предъявляемые к характеристикам усилителя, детектора и фильтра. Есть два способа формирования кода ф0:

1. Код ф0 определяется номинальным значением преобразуемого параметра и не зависит от кода Дф на выходе АЦП.

2. Организуется итерационный процесс формирования кода Фо, при котором каждое последующее его значение зависит от предыдущего, а также от значения кода Дф на выходе АЦП. Происходит процесс автоматического уравновешивания. Особенности автоматического уравновешивания преобразователей параметров ЭРЭ будут рассмотрены ниже

2. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЕМКОСТЕЙ КОНДЕНСАТОРОВ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЕМКОСТИ В РЕЖИМЕ ЗАДАННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Емкость конденсаторов в режиме заданного напряжения преобразуется аналогично преобразованию проводимости резисторов. Один из контактов проверяемого конденсатора подключается к источнику переменного (обычно синусоидального) напряжения. Второй контакт подключается к входу операционного усилителя. На рис. 4.2, а показано подключение контролируемого конденсатора Сх по трехпроводной схеме,.а на рис. 4.2, б- подключение по пятипроводной схеме. Низкоомный источник питания уменьшает влияние эквивалентной проводимости у ас, включенной между точками Л и С объекта контроля. Малое значение водного сопротивления каскада на операционном усилителе D2, охваченном глубокой отрицательной обратной связью, устраняет влияние эквивалентной проводимости увс, включенной между точками В и С.

Если значения проводимостей улс и увс достаточно велики, то, как в случае преобразования проводимости резисторов, возникают существенные погрешности, обусловленные влиянием переходных контактов в точках подключения конденсатора. Уменьшить эти погрешности можно, применив пятипроводную или шестипровод-ную схемы включения.

Рис. 4.2. Преобразование емкости в режиме заданного напряжения:

а - трехпроводная схема; 6 = пятипровсдная

Диапазоны контролируемых емкостей, применяемых в РЭА, изменяются в весьма широких пределах (от тысяч микрофарад до десятков пикофарад). Для обеспечения преобразования в столь широком диапазоне он разбивается на ряд поддиапазонов. В пределах каждого поддиапазона параметры измерительного преобразователя остаются постоянными. Значения выходного напряжения Ux в начале и в конце каждого поддиапазона изменяются, как правило, не более чем в 10 раз (10- 100 мВ).

Преобразователь может настраиваться на соответствующий поддиапазон четырьмя способами: изменением сопротивления R2 обратной связи усилителя; изменением коэффициента Ки масштабирующего усилителя; изменением значения амплитуды напряжения генератора Ur; изменением частоты /г напряжения генератора.

Идеализированное уравнение преобразования емкости в режиме проводимости

Ux=>2nfrCxRsKuUr, (4.1)

где /С„ - коэффициент, учитывающий преобразование в масштабирующем усилителе, детекторе и фильтре.

Очевидно, что увеличение значений сопротивления R2, частоты jf и напряжения Ur приводит к соответствующему возрастанию выходного напряжения Ux.

Практически значения напряжения Ur ограничены требованиями неповреждающего контроля и выбираются в пределах 0,1- 1,0 В.

Наиболее широкие возможности для выбора поддиапазона преобразования емкостей представляет изменение частоты /г генератора переменного напряжения. В случае использования генераторов напряжения синусоидальной формы для удобства масштабирования значение частоты /г, Гц, на каждом поддиапазоне обычно выбирается из условия

10 = 1,59 10 , (4.2)