Новая концепция вибродиагностики электронных средств Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Увайсов С.У., Увайсов Р.И.

НОВАЯ КОНЦЕПЦИЯ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

Возрастающая схемная и конструктивная сложность современных электронных средств (ЭС) обусловливает многообразие дефектов, возникающих в них.

Причем, как показано в [1], значительную долю составляют дефекты (рис. 1), имеющие механическую природу.

□ Нарушение функционирования

□ Уход электрических параметров

□ Внешние механические повреждения, сколы, нарушение герметичности

Рис. 1. Распределение отказов комплектующих элементов по видам дефектов

Для обнаружения дефектов широко используются известные и разрабатываются все новые методы и средства диагностирования.

ЭС имеют иерархическую структуру конструкций и зачастую в виде верхнего уровня иерархии выступают блоки. В свою очередь блоки ЭС имеют специфику исходя из условий эксплуатации. На рисунке 2 представлены примеры блоков для авиационных, ракетных и космических электронных средств.

Во время эксплуатации блоки электронных средств специального назначения, подвержены значительным механических воздействий. В результате этих воздействий возникают дефекты конструкций с последующим отказом устройств.

В связи с этим актуализируется необходимость контроля технического состояния устройства на соответствие параметров конструкции их допустимым значениям.

а)

Рис. 2. Примеры бортовых блоков: а) авиационного устройства; б) ракетного устройства; в) космического устройства

Одним из эффективных методов обнаружения неисправностей в конструкциях ЭС является вибродиагностика (Рис. 3) .

Генератор тестовых электрических сигналов

Измер. эл. и мех. характеристик

А[д] и[В]

f [Гц]

t [c]

I

^ = {х(Л,у(/),<|(Г)} = 0

Блок предварительной обработки

со

ао V / 2тг

и(0 =у + со эС —£ +

(с=1

27Г \ + &к э іпС — £);

т

2 (Ї Г ч

а к = уГ I г и(£) с о э Со £ ^ £;

т

Ь к = — | ги( £)

“7

п

р(х) = X

I sinfccot dt;

П; * ¡(х - *,-) П ;*і(Х; - Х.)

У;

Список дефектов

<7; Ї <3

<7;

Множество параметров <г={ <7™ м -U5, ¡} щ

Блок диагностирования *(&,& )=!?= i(*;-(fct; +

))

тш

Я п °р° г = т і n( Kj( kH °",k ¡)), ДЛЯ І = 1 ... I;

Я = тах( Kj( k“3",^ )),

для j = 1 ...J;

Я > Яп°р°г.

Программа моделирования эл. и мех. процессов (PSpice, Workbench, АСОНИ-КА-ТМ и др.)

Т

Расчет

- 1 < 4 <1 ;

Ч1 = яГ( 1 + 4<У;

А = F( ш,д,(Г),Р,Дм°дд)

В = F( ш,^(Г),Р ,Д м°д,х)

U = F(7,q„A ,t)

F

п

( )

А ¡( i0), В;( со)

База характерных неисправностей

Диагноз

Рис. 3. Метод диагностирования ЭС на основе анализа АЧХ и АС

Суть метода заключается в предварительном математическом моделировании механических процессов (блок 7), протекающих в ЭС с внесенными дефектами и сравнении (блок 11) расчетных частотных характеристик конструкции (блок 12) с результатами виброиспытаний (блок 8) [1].

Недостатком такого метода является необходимость использования вибростенда при контроле технического состояния.

Существенно ограничивает эффективность метода также высокая погрешность расчета и измерения амплитуд частотных характеристик.

Авторами предлагается принципиально новая концепция вибродиагностики ЭС, которая заключается в следующем.

Еще на стадии проектирования, на элементе конструкции электронного средства дополнительно устанавливается источник вибрации, например электродинамическая головка или пьезоэлемент (рис. 4) и расчет АЧХ осуществляется при возможных дефектах ЭС с наличием этого дополнительного элемента.

5

6

9

11

Пьезоэлемент или электродинамическая головка

Рис. 4. Установка возбудителя механических колебаний на печатный узел

При диагностировании реального электронного средства на динамическую головку подается синтезированный звуковой картой ЭВМ гармонический сигнал с переменной частотой в диапазоне, в котором осуществлялось диагностическое моделирования.

Для проверки идеи был проведен численный эксперимент в подсистеме механического моделирования АСОНИКА-ТМ. Цель эксперимента: оценить влияние дефектов на амплитудно-частотную характеристику

печатного узла в контрольных точках при возбуждении гармонических колебаний интегрированной в печатный узел электродинамической головкой. В качестве объекта диагностирования был выбран печатный узел, представленный на рисунке 5. Габариты печатной платы 200х140 мм толщиной 1.5 мм. На печатной плате размещено 5 элементов различающихся по массе и габаритам и электродинамическая головка. Элементы выбирались так, чтобы их массогабаритные параметры были сопоставимы с массогабаритными параметрами электродинамической головки.

В качестве входных воздействий подавалось гармоническое колебание в диапазоне от 20 до 2000 Гц с амплитудой 1д (10м/еЛ2).

Расчет выходных характеристик проводился 6 раз. Первый расчет соответствовал исправному состоянию печатного узла. Остальные 5 расчетов соответствовали случаям поочередного удаления комплектующих элементов с печатного узла.

Контрольные точки

Рис. 5. Изображение исследуемого печатного узла

В результате расчета были получены графики зависимости амплитуды колебаний в контрольных точках от частоты. На рисунке 6 показаны амплитудно-частотные характеристики в контрольной точке Ь, соответствующие исправному состоянию и наличию дефекта в виде отсутствия элемента № 4.

а) б)

Рис.6. Амплитудно-частотные характеристики а) при исправном состоянии ПУ; б) при отсутствии 4го элемента на печатном узле

Как видно из графиков (рис. 6) при отсутствии элемента на печатном узле амплитудно-частотная характеристика в контрольной точке изменилась на 14%. Это изменение характеризуется смещением некоторых резонансных частот, а также появлением новых резонансов.

Таким образом, без вибростенда можно получить соответствующие резонансные частоты ЭС во всех неисправных состояниях и сравнением модельных и экспериментальных АЧХ оценить техническое состояние ЭС.

Дополнительно представляется возможность без каких-либо дополнительных средств осуществить акустическое диагностирование ЭС и диагностирование ЭС по ударным воздействиям малой мощности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Увайсов Р.И. Кандидатская диссертация «Метод диагностирования дефектов бортовых радиотехнических устройств», Москва, МИЭМ, 2008г.

2 Тумковский С.Р., Увайсов Р.И., Инжеллиден С.Б., Увайсов С.У. Виброакустический метод диагностирования бортовой электронной аппаратуры на стадиях жизненного цикла, журнал «Качество инновации образование» № 9 (31), декабрь, 2007. Стр. 51 - 55.

3. Тумковский С.Р., Увайсов С.У., Иванов И.А., Увайсов Р.И. Виброакустический контроль бортовой космической аппаратуры., журнал «Мир измерений» № 12 (82) 2007. Стр. 4 - 7.

4. Увайсов С.У., Иванов И.А., Увайсов Р.И. Показатели контролепригодности радиоэлектронной аппаратуры. журнал «Мир измерений» № 03 (85) 2008. Стр. 47 - 51.