fyzik ln a funk n metody diagnostiky
Download
Skip this Video
Download Presentation
FYZIKÁLNÍ a FUNKČNÍ METODY DIAGNOSTIKY

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 75

FYZIKÁLNÍ a FUNKČNÍ METODY DIAGNOSTIKY - PowerPoint PPT Presentation


  • 112 Views
  • Uploaded on

FYZIKÁLNÍ a FUNKČNÍ METODY DIAGNOSTIKY. DIAGNOSTIKA A TESTOVÁNÍ ELEKTRONICKÝCH OBVODŮ. Obsah přednášky. Fyzikální metody technické diagnostiky. Funkční metody technické diagnostiky. Matematické modely diagnostických objektů. Diagnostické testy. Formy diagnostiky.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' FYZIKÁLNÍ a FUNKČNÍ METODY DIAGNOSTIKY' - wynona


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
fyzik ln a funk n metody diagnostiky

FYZIKÁLNÍ a FUNKČNÍ METODY DIAGNOSTIKY

DIAGNOSTIKA A TESTOVÁNÍ ELEKTRONICKÝCH OBVODŮ

obsah p edn ky
Obsah přednášky
  • Fyzikální metody technické diagnostiky.
  • Funkční metody technické diagnostiky.
  • Matematické modely diagnostických objektů.
  • Diagnostické testy.
  • Formy diagnostiky.
  • Periodická diagnostika.
obsah p edn ky1
Obsah přednášky
  • Průběžná diagnostika.
  • Zobrazení diagnostického testu pomocí tabulky, postup při testování.
  • Detekční testování.
  • Lokalizační testování.
fyzik ln metody diagnostiky
Fyzikální metody diagnostiky
  • Jednotlivé metody rozlišujeme podle typu fyzikálního jevu na kterém je metoda založena
  • Základní dělení fyzikálních metod:
    • využívající elastických kmitů v materiálu, které se dále dělí: kmitočtu, aktivní x pasivní
    • založené na využití magnetických a elm. polí se dále člení podle způsobu vyhodnocování a zobrazování dat
fyzik ln metody diagnostiky1
Fyzikální metody diagnostiky
  • založené na využití pronikavého záření (RTG) umožňují odhalit poruchy v materiálu mechanických součástí,
  • založené na využití kapilární elevace
  • založené na vyhodnocování teplotních polí vyhodnocování tepelného namáhání, liší se aparaturami i způsobu zobrazování
diagnostick syst my
Diagnostické systémy
  • Technický stav je souhrn kvalitativních i kvantitativních údajů o strukturních parametrech daného systému v daném časovém okamžiku.
  • Za správný považujeme takový technický stav, kdy hodnoty všech podstatných strukturních parametrů odpovídají jmenovitým hodnotám stanovených výrobcem nebo se liší v toleranci
diagnostick syst my1
Diagnostické systémy
  • Strukturní parametry
    • vnitřní vlastnosti systému,
    • vzájemné uspořádání prvků,
    • jejich vzájemné působení,
    • tvary,
    • rozměry,
    • mechanická vůle,
    • vlastnosti materiálu,
    • velikosti různých fyzikálních veličin, atd.
diagnostick syst my2
Diagnostické systémy
  • Nesprávný technický stav nastane v případě, kdy některý strukturní parametr překročí stanovenou mezní hodnotu.
  • Hovoříme pak o poruše, která může (ale nemusí) mít za následek chybu, tedy selhání funkce
diagnostick syst my3
Diagnostické systémy
  • I funkčně jednoduchý diagnostický objekt může být popsán velkým množstvím strukturních parametrů
  • Vybíráme ty nejdůležitější a vytvoříme zjednodušený model diagnostického objektu
  • Vzniká tak nebezpečí špatné diagnózy
diagnostick syst my4
Diagnostické systémy
  • Přímé určení strukturních parametrů je mnohdy nemožné, proto využíváme nepřímých metod
  • Zaměřujeme se na vnější projevy a procesy
  • Jedná se o fyzikální a chemické procesy, které označujeme jako funkční procesy.
  • Kvantitativní hodnocení probíhajících funkčních procesůprovádíme pomocí funkčních parametrů (hluk ventilů je funkční proces, kmitočet, tvar vlny, amplituda takto vznikajícího hluku jsou jeho funkční parametry)
diagnostick syst my5
Diagnostické systémy
  • V některých případech může být vztah mezi funkčním parametrem a strukturním parametrem jednoznačný - nezávislý parametr
  • V případě, kdy jsme schopni vyhodnotit strukturní parametr z několika funkčních parametrů jde o závislé parametry
  • Funkční parametry vhodné pro diagnostikování jsou diagnostické signály
diagnostick syst my6
Diagnostické systémy

Diagnostické signály naftových motorů:

  • výkon
  • otáčky motoru
  • otáčky turbodmychadla
  • teploty výfukových plynů
  • kouřivost
  • obsah kovových prvků v motorovém oleji
  • časový průběh spalovacího tlaku ve válci
funk n metody diagnostiky1
Funkční metody diagnostiky
  • Uplatňují se v případech, kdy jsou dominantní funkční projevy objektu, přičemž fyzikální děje v nich probíhající nejsou podstatné
  • Jsou to objekty, kde vzniklá porucha má za následek chybu funkce, takže rozborem funkce je možné lokalizovat chybu
  • Není možné diagnostikovat bez znalosti vnitřního zapojení diagnostikovaného objektu
funk n metody diagnostiky2
Funkční metody diagnostiky

Příklad: 32bitová sčítačka

  • bez znalosti vnitřní struktury musíme prověřit 264 kombinací = 1,8.1019
  • Budeme-li testovat 1s otestujeme sčítačku za půl milionu let!!!
  • Pokud je ale sčítačka realizována paralelní kombinací jednobitových úplných sčítaček, stačí 8 až 10 kombinací vstupních signálů
matematick modely diag objekt
Matematické modely diag. objektů
  • Pojem matematický model diagnostického objektu definujeme jako formální popis chování diagnostického objektu ve všech technických stavech
  • Může mít formu
    • analytického popisu vlastností objektu
    • tabulky
    • grafického popisu
matematick modely diag objekt1
Matematické modely diag. objektů
  • Matematický model diagnostického objektu popisuje vztahy mezi vstupními, vnitřními a výstupními proměnnými.
  • Zavedeme následující označení:
    • symbolem Xn-složkový vektor vstupních proměnných x1, x2, … xn
    • symbolem Ym-složkový vektor vnitřních proměnných y1, y2, … yn
    • symbolem Zk-složkový vektor výstupních proměnných z1, z2, … zn
matematick modely diag objekt2
Matematické modely diag. objektů
  • Přenosové vlastnosti diagnostického objektu můžeme vyjádřit funkcí
  • Množství poruch v diag. objektu může být značné. Množinu poruch, které budeme v uvažovat značíme symbolem S. Vyskytne-li se porucha si z uvažované množiny S, siЄS, i = 1, 2, 3 .., S, pak říkáme, že se nachází v i-tém poruchovém stavu
matematick modely diag objekt3
Matematické modely diag. objektů
  • Chování diagnostického objektu v i-tém poruchovém stavu popisujeme funkcí
  • Popis následujícími rovnicemi označujeme jako explicitní vyjádření matematického modelu diagnostikovaného objektu.
matematick modely diag objekt4
Matematické modely diag. objektů
  • Dále je možné stanovit chování diagnostického objektu v poruchovém stavu ze znalosti chování v bezporuchovém stavu a uvažovaných poruch
  • Tento popis označujeme jako implicitní vyjádření matematického modelu diagnostikovaného objektu.
diagnostick testy
Diagnostické testy
  • Diagnostický testje základem diagnostického systému
  • Je to množina dvojic vzájemně přiřazených vstupních a výstupních signálů nebo vektorů
  • Aplikace diagnostického testu je proces, který umožňuje stanovit technický stav objektu na základě rozboru chování objektu
  • Jeden vstupní vektor a jemu odpovídající výstupní tvoří krok testu, počet kroků = délka testu
diagnostick testy1
Diagnostické testy
  • Diagnostické testy dělíme do dvou kategorií
    • detekční
    • lokalizační
  • Kvalitu diagnostického testu určujeme pomocí ukazatele diagnostické pokrytí
  • Diagnostický test s pokrytím 100% je označován jako úplný test
diagnostick testy2
Diagnostické testy
  • Sestavíme-li test s úplným pokrytím, každý další krok již nevede ke zvýšení pokrytí – redundantní kroky testu
  • Úplných testů je možné sestavit nekonečně mnoho
  • Pokud k danému objektu lze najít řadu různých úplných testů, z nichž není možné, bez ztráty úplnosti vypustit žádný krok, označujeme tyto testy jako neredundantní
diagnostick testy3
Diagnostické testy
  • Úplný test, který má minimální délku, se nazývá minimální test
    • jde o úplný neredundantní test
    • pro jeden systém je možné najít několik minimálních testů, které se liší v jednotlivých krocích
    • Jedná se o extrémní případ, který se v praxi moc nevyskytuje – ekonomické aspekty
diagnostick testy4
Diagnostické testy
  • Opakem minimálního testu je test triviální
    • Je to test s největší možnou délkou, protože zahrnuje všechny možné kombinace vstupních proměnných
    • Triviální testy se můžou lišit pouze uspořádáním kroků
    • Triviální testy jsou vždy testy úplné
    • Jednoduchá testovací aparatura
diagnostick testy5
Diagnostické testy
  • Problém – časová náročnost
  • Příklad:
    • systém s 50 vstupy
    • potom existuje 2501015 kroků
    • při testovacím kmitočtu 1 MHz bychom potřebovali 109 s  32 let testování
lokaliza n testy
Lokalizační testy
  • Slouží k detekci všech poruch v obvodu a určení místa ve kterém se v obvodě poruchy nacházejí
  • Takové testy se nazývají lokalizační
  • Lokalizační testy jsou složitější než testy detekční
  • Mírou kvality lokalizačního testu je diagnostické rozlišení
lokaliza n testy1
Lokalizační testy
  • Diagnostické rozlišení vyjadřujeme jako nejmenší funkční jednotku, kterou jsme schopni pomocí daného testu rozlišit jako poruchovou
  • V praxi není vždy nutné a ekonomické vyžadovat maximální rozlišení
lokaliza n testy2
Lokalizační testy
  • Podle způsobu volby následujícího kroku dělíme testy na nezávislé a závislé
  • V nezávislém testuje vstupní posloupnost dat dána předem a provádí se až do konce
  • Závislý test (adaptivní, sekvenční) je charakterizován výběrem následujícího kroku v závislosti na výsledku předchozího kroku
  • Průběh závislého testu se popisuje ve tvaru vývojového diagramu (diagnostického stromu)
z visl testy
Závislé testy
  • Proměnlivá délka testu závislá na technickém stavu diagnostikovaného objektu
  • Pro detekci poruch je zbytečné sestavovat celý diagnostický strom, protože nemůže být celý využit
  • V případě bezporuchového stavu může být délka úplného závislého testu rovna délce minimálního nezávislého testu, protože i závislý test musí být úplný
shrnut
Shrnutí

Detekční testy se vytvářejí jako nezávislé posloupnosti

Lokalizační testy lze vytvářet jako závislé posloupnosti

diagnostick testy6
Diagnostické testy
  • Pro lokalizaci poruchy slouží slovník poruch, což je soupis kroků testu, jejichž chybná odezva svědčí o přítomnosti poruchy
  • Testy, jejichž součástí je měření hodnot zvolených fyzikálních parametrů se označují jako parametrické
  • Testy, při nichž se ověřuje pouze správnost logické funkce se nazývají testy funkce
diagnostick testy7
Diagnostické testy
  • Podle času, který máme k dispozici pro testování dělíme testy na
    • statické
    • dynamické
  • Nejjednodušší je statický test funkce
  • Test, který kontroluje pouze schopnost obvodu fungovat předepsanou rychlostí označujeme jako dynamický test funkce
diagnostick testy8
Diagnostické testy
  • Jsou-li měřeny i délky určitých impulsů, strmosti čel a týlů, vzájemné posuny impulsů jde o dynamický parametrický test
  • Všechny výše uvedené testy je možné provádět za mezních podmínek (Ucc ± 10%, teplotou, kmitočtu, vibracemi)
  • Tyto mezní testy jsou často úspěšné, protože se za zhoršených podmínek projeví poruchy dříve.
diagnostick testy9
Diagnostické testy
  • Množinu diagnostických objektů, které mohou být zkoumány metodami funkční diagnostiky dělíme do skupin.
  • Podle charakteru vstupních proměnných
    • veličiny plynule proměnné (analogové)
    • proměnné v krocích (diskrétní)
    • zvláštní skupinou diskrétních veličin jsou binární
    • hybridní
diagnostick testy10
Diagnostické testy
  • Podle charakteru samotného objektu
    • kombinační
    • sekvenční (s vnitřní pamětí)
formy diagnostiky
Formy diagnostiky
  • Diagnostiku lze provádět několika způsoby:
    • v závislosti na době provádění,
    • podle vztahu mezi testovanou jednotkou a diag. řídícím zařízením (tester, zkoušeč)
  • Podle doby provádění se dělí diagnostika na:
    • periodickou a
    • průběžnou
periodick diagnostika
Periodická diagnostika
  • Název je odvozen od skutečnosti, že se diagnostika provádí v pravidelných intervalech
  • Diagnostika se provádí v přestávce během výroby, nebo je přerušení vynuceno
  • Perioda by měla být dostatečně malá, aby se minimalizovala případná škoda
  • Může být realizována jako vnitřní nebo vnější
periodick diagnostika1
Periodická diagnostika
  • Vnitřní periodické testy byly využívány především počítači, protože mohly využít jejich programové vybavení
  • Díky tomu je tento typ testování digitálních obvodů nejvíce propracován
  • Trend – distribuce testů na elementární bloky systému
pr b n diagnostika
Průběžná diagnostika
  • Průběžná diagnostika je založena na nepřetržitém sledování a vyhodnocování signálů během normální činnosti objektu
  • Nedochází tak ke ztrátám času na testování
  • Základem je použití bezpečnostního kódu a hlídače
pr b n diagnostika1
Průběžná diagnostika
  • Klasická forma průběžné diagnostiky je vnitřní, založená na vestavění hlídačů přímo do funkčního bloku
  • Možností realizace vnější průběžné diagnostiky je zdvojení funkční jednotky (RAID) – zabezpečení proti poruchám
zobrazen testu pomoc tabulky
Zobrazení testu pomocí tabulky
  • Diagnostický test obsahuje velké množství informací.
  • Existuje celá řada možností zápisu matematického modelu diagnostického objektu
  • Jednou z variant je pomocí p-tabulky
  • Symbolem pj budeme označovat vždy jednu z možných vnitřních proměnných, které přiřadíme vnitřní stav objektu
zobrazen testu pomoc tabulky1
Zobrazení testu pomocí tabulky
  • Množinu všech pj označíme symbolem p
  • Technický stav objektu označujeme symbolem ei, kde i = 0, 1, 2, …, S je pořadové číslo
  • Ke každé poruše si z množiny S přiřazujeme technický stav ei, přičemž e0 označuje nulovou poruchu
  • Odezvu objektu, který se nachází v technickém stavu ei, na kombinaci pj označíme Rji, kde i je technický stav a j značí množinu p na kterou objekt reaguje
zobrazen testu pomoc tabulky2
Zobrazení testu pomocí tabulky
  • Formálně platí vztah
  • p-tabulku sestavíme tak, že
    • každému sloupci přiřadíme technický stav ei z množiny E,
    • každému řádku tabulky jednu kombinaci pj z množiny p a
    • do každého políčka zapisujeme příslušné odezvy Rji z množiny R
zobrazen testu pomoc tabulky4
Zobrazení testu pomocí tabulky
  • p-tabulka funkčních hodnot představujezobrazení explicitního modelu diagnostického objektu
  • Protože množina p zahrnuje všechny kombinace vstupních proměnných, zobrazuje p-tabulka triviální diagnostický test
  • Užitečnost tkví v komplexním pohledu problematiku testování
zobrazen testu pomoc tabulky5
Zobrazení testu pomocí tabulky
  • p-tabulku můžeme za účelem zrychlení diagnostiky zjednodušit vypuštěním řádků a sloupců
  • Problémem je vhodný výběr testů k vypuštění
  • Počet řádků představuje počet kroků testu a počet sloupců diagnostické pokrytí
  • Zjednodušená p-tabulka se nazývá T-tabulka a zobrazuje konkrétní test
detek n testov n
Detekční testování
  • V případě detekčního testování je výstupem rozhodnutí zda je objekt bezchybný, nebo se v něm nachází chyba
  • Máme sestavený detekční test. K zahájení testování potřebujeme generátor vstupní posloupnosti testu.
  • Potom můžeme buď naměřené data zaznamenat nebo generovat posloupnost pomocí fyzikálního modelu diag. objektu
detek n testov n1
Detekční testování
  • Model je realizován formou diagnostického etalonu

Řídící generátor

Paměť vstupní posloupnosti

Řídící generátor

Diagnostický etalon

Zkoušený objekt

Paměť testu

Zkoušený objekt

Komparátor

Komparátor

lokaliza n testov n
Lokalizační testování
  • U lokalizačního testování není možné zkoušení ukončit v momentě detekce neshodných hodnot v testovacím kroku jako u detekčního
  • Většinou je zapotřebí více kroků
  • Pro lepší pochopení - sestavíme triviální test pro kombinační obvod
lokaliza n testov n1
Lokalizační testování
  • U lokalizačního testování není možné zkoušení ukončit v momentě detekce neshodných hodnot v testovacím kroku jako u detekčního
  • Většinou je zapotřebí více kroků
  • Pro lepší pochopení - sestavíme triviální test pro kombinační obvod
lokaliza n testov n2
Lokalizační testování
  • Protože má objekt 3 vstupy, máme triviální test osm kroků (23=8)
  • Dále stanovíme seznam poruch, které chceme testem detekovat (v tomto případě to budou poruchy typu t0 a t1)
lokaliza n testov n3
Lokalizační testování
  • Nejprve definujeme množinu poruchových stavů objektu a k ní množinu technických stavů.
  • Některé poruchy mají stejný vliv na vyhodnotitelnou funkci.
  • Takové zahrneme pod jeden technický stav ei:
lokaliza n testov n4
Lokalizační testování

e0 - bezporuchový stav

Poruchové stavy jednotlivých funkčních bloků:

Invertor I:

e1 – zahrnuje poruchy: t1 na vstupu, t0 na výstupu

e2 – zahrnuje poruchy: t0 na vstupu, t1 na výstupu

II

IV

I

III

lokaliza n testov n5
Lokalizační testování

Hradlo II:

e3 – zahrnuje poruchy: t1 na prvním vstupu

e4 – zahrnuje poruchy: t0 na prvním vstupu, t0 na druhém vstupu a t1 na výstupu

e5 – zahrnuje poruchy: t1 na druhém vstupu

e6 – zahrnuje poruchy: t0 na výstupu

II

IV

I

III

lokaliza n testov n6
Lokalizační testování

Hradlo III:

e7 – zahrnuje poruchy: t1 na prvním vstupu

e8 – zahrnuje poruchy: t0 na prvním vstupu, t0 na druhém vstupu a t1 na výstupu

e9 – zahrnuje poruchy: t1 na druhém vstupu

e10 – zahrnuje poruchy: t0 na výstupu

II

IV

I

III

lokaliza n testov n7
Lokalizační testování

Hradlo IV:

e11 – zahrnuje poruchy: t1 na prvním vstupu

e12 – zahrnuje poruchy: t0 na prvním vstupu, t0 na druhém vstupu a t1 na výstupu

e13 – zahrnuje poruchy: t1 na druhém vstupu

e14 – zahrnuje poruchy: t0 na výstupu

II

IV

I

III

lokaliza n testov n8
Lokalizační testování
  • V předchozím seznamu nejsou uvedeny vícenásobné poruchy
  • Vytvoříme matematický model – pro každý technický stav z množiny E popíšeme chování objektu. Budeme sledovat i signály D, E a G (i když to jsou vnitřní proměnné

II

IV

I

III

lokaliza n testov n9
Lokalizační testování

T-tabulka triviálního testu obvodu

lokaliza n testov n10
Lokalizační testování
  • Triviální test je vždy úplný, má tedy 100% diagnostické pokrytí.
  • To, že zkonstruovaná T-tabulka obsahuje úplný test dokážeme tak, že ke každému z poruchových stavů ei kde i = 1,2,3 … 14, najdeme alespoň jednu vstupní kombinaci pj, pro kterou platí Rj0 ≠Rji
  • Hledáme tedy rozšiřující kroky pro všechny dvojice technických stavů e0 – ei, i =1,2 .. 14
lokaliza n testov n11
Lokalizační testování

e0 – e1→ p1 e0 – e6→ p1 e0 – e11→ p5

e0 – e2→ p3 e0 – e7→ p2 e0 – e12→ p1

e0 – e3→ p1 e0 – e8→ p4 e0 – e13→ p4

e0 – e4→ p5 e0 – e9→ p3 e0 – e14→ p4

e0 – e5→ p7 e0 – e10→ p1

Pro sestavení úplného testu stačí jen 6 kombinací p1 - p5 a p7

grafick zobrazen pomoc stromu
Grafické zobrazení pomocí stromu
  • Názornější představu o vlastnostech testu nám může dát jeho grafické zobrazení – strom diagnostického testu, zkráceně diagnostický strom.
  • Diagnostický test se skládá z uzlů a větví.
  • Rozlišujeme tři typy uzlů:
    • základní uzel stromu
    • vnitřní uzly
    • koncové uzly
grafick zobrazen pomoc stromu1
Grafické zobrazení pomocí stromu
  • Základní uzel stromu zobrazuje množinu E všech technických stavů objektu
  • Každá větev, která vystupuje ze základního uzlu, představuje jednu z možných odezev R1i objektu na první vstupní kombinaci p1 ze vstupní posloupnosti testu.
  • První kombinace p1 ze vstupní posloupnosti nám rozdělí množinu E do několika podmnožin.
grafick zobrazen pomoc stromu2
Grafické zobrazení pomocí stromu
  • Skutečný stav je zahrnut v některé z podmnožin.
  • Každé z těchto podmnožin přísluší jeden uzel stromu.
  • Počet prvků podmnožiny je vždy menší než E, minimálně jedna.
grafick zobrazen pomoc stromu3
Grafické zobrazení pomocí stromu
  • pro tento obvod vytvoříme diagnostický strom úplného testu

II

IV

I

III

grafick zobrazen pomoc stromu4
Grafické zobrazení pomocí stromu
  • výstupní kombinace 1011 může nastat při technických stavech e3 a e6
  • proto se značí násobným koncovým uzlem
grafick zobrazen pomoc stromu5
Grafické zobrazení pomocí stromu

T-tabulka triviálního testu obvodu

grafick zobrazen pomoc stromu6
Grafické zobrazení pomocí stromu
  • výstupní kombinace 0101 může nastat pouze při technickém stavu e1
  • proto se značí jednoduchým koncovým uzlem
grafick zobrazen pomoc stromu7
Grafické zobrazení pomocí stromu

T-tabulka triviálního testu obvodu

grafick zobrazen pomoc stromu8
Grafické zobrazení pomocí stromu
  • V dalším testovacím kroku nastává výstupní kombinace 1011 opět při technických stavech e3 a e6
  • proto musí testování pokračovat
grafick zobrazen pomoc stromu9
Grafické zobrazení pomocí stromu

T-tabulka triviálního testu obvodu

grafick zobrazen pomoc stromu10
Grafické zobrazení pomocí stromu
  • v tomto kroku se již výsledky dělí dle jednotlivých technických stavů
  • celkový počet koncových uzlů je 15, takže je test úplný a má i maximální hloubku
grafick zobrazen pomoc stromu11
Grafické zobrazení pomocí stromu
  • Zobrazený test se vstupní posloupností 000,001,010,100, 101,110 je testem s pokrytím 100% protože stav e0 je tímto testem odlišen od ostatních
slide75

Díky za pozornost

Konec!

  • DIAGNOSTIKA A TESTOVÁNÍ ELEKTRONICKÝCH SYSTÉMŮ
ad