BIT技术在装备控制系统故障诊断中的应用

引言

内装测试(BIT)是20世纪70年代美国在军用测试领域提出的全新的技术概念，其目的在于改善装备的维修性、测试性和自诊断能力，同时也使装备系统的机动性和保障性得到很大改善。20世纪70年代以来，以航天航空等国防工业领域为代表，国内在内装测试及自诊断技术方面，主要处于技术跟踪和理论研究阶段。进入20世纪90年代，火箭、卫星、飞机等飞行器的测试设备研制开发基本上都是围绕着 VXI总线来进行。同时，在一些装备系统内部也出现了以自检功能为表现形式的内装测试及自诊断技术的雏形[1]。本文拟将BIT技术应用在某型装备控制系统中，它能对装备控制系统实现设备数字化，可利用设备上计算机和相关信息接口来收集设备的工作信息，可对各功能模块进行实时监测，及时发现故障，将故障定位到现场可更换单元，快速指导维修人员进行换件维修。

内装测试关键技术

在装备控制系统上实现内装测试及自诊断，应包括内装测试设备研制和自诊断方法研究及实现两大部份。其中内装测试主要有两个方面：一是在被测对象内安装测试装置，从而在少用或不用外围测试设备的情况下，完成装备控制系统的性能测试;另一方面是在被测对象的系统设计时，对各部件进行自检功能设计，使各部件具有自检测试功能，在全系统测试时，综合各部件自检功能完成测试和信息采集;而自诊断技术则包含了故障特征提取、知识库建立和推理机算法实现等内容。具体实现时，首先将内装测试设备采集的信息通过通讯接口发送到地面的计算机，同时自诊断算法也在地面的计算机上实现。待两方面技术成熟后，再将测试设备和诊断软件全部内装在装备控制系统内部，这即是BIT技术，BIT技术消除了装备控制系统地面测试时需要将设备上所有被测信号通过众多的测试电缆引到地面来检测的繁琐，同时使地面测试设备变得不再庞大、复杂，同时缩短了装备测试前的准备工作时间，满足了操作人员对装备快速响应的要求。随着计算机技术的广泛应用，数字化已经是电子设备研制的方向。设备数字化以后，使得利用设备上计算机和相关信息接口来收集设备的工作信息成为可能。这样既可以简化测试设备及其与装备的连接关系，同时又为实现内装测试及自诊断创造了条件。

由于设备空间的限制，内装测试和自诊断技术必须要实现设备的小型化，其中包括计算机系统小型化、多通道高精度A/D和D/A变换器小型化和通讯接口小型化等[2]。同时，为了实现完全意义上的内装测试和自诊断，必须解决内装激励方法研究和内装激励设备设计的关键技术;此外，为了解决传统内装测试存在的故障不可复现、不能识别间歇故障等问题，必须解决大容量小型化内装存储设备设计的关键技术;为了完成内装自诊断技术研究，必须解决故障知识库建立的关键技术[3]。这几项关键技术实现的好坏直接关系到内装测试及自诊断系统性能的好坏。本文将主要对硬件设计和故障知识库设计进行详细介绍。

BIT系统

内装测试及自诊断系统包括信号调理模块、数据采集模块、数据存储模块、故障诊断、自激励模块和通讯电缆输出模块六部分(见图1)。模拟电压采集中信号调理电路负责完成对信号的差分放大、滤波和限幅等调理工作。逻辑量、频率量、时间量和脉冲量采集中的信号调理电路负责完成对信号的限幅和数据缓冲等调理工作。光电隔离主要是为了把所测量的信号和计算机相隔离，这样可以确保数据采集的读数不会受到接地电势差或共模电压的影响。数据存储模块主要用来存储一些内装测试及自诊断系统的诊断信息，包括测量的数字信息、设备上的模拟量信息、开关量信息、频率信息、脉冲信息、信号检测的粗故障信息以及这些信息的相应编码信息等功能。装备控制系统自激励模块主要实现单片机系统对装备上控制系统的信号自激励，同时也可以使地面计算机通过通讯电缆实现地面对装备的自激励控制。RS232/485接口模块可以实现上位机与PC机通讯。自检模块主要是实现系统的自检功能，在设计上是使ADuC812的 DA/AD通道形成回路，多余的DI/DO通道形成回路，从而对终端的模拟通道和数字通道的工作能力进行自测试。DS12C887时钟芯片主要是给系统提供标准时间基准，对存储到Flash中的数据添加时间项，对PCM信息流传输的数据提供时间戳。本系统微处理器模块选用ADI公司的ADuC812单片机(高性能的8通道5ms转换时间、12位A/D转换器、2个12位DAC，10.5kB的闪存E2PROM，具有3个16位计数/定时器和32条可编程I/O接口的8051/8052微控制器，256字节的SRAM)[4]。



BIT系统硬件设计

BIT系统能完成模拟电压、逻辑信号、频率和时间的测量。