专利名称：电路板在线功能检测及排故系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电路板在线功能检测及排故系统，尤其是涉及一种基于PXI 平台的飞机电源组件控制器上电路板在线功能检测及排故系统。
背景技术：
目前，随着大规模集成电路与超大规模集成电路的飞速发展，几乎所有设备仪器 的控制部件都由印刷电路板组成，尤其是飞机电源组件控制器上电路板，各电路板承 载着不同的功能模块，各功能模块组合在一起实现设备的整体性能。传统的电路板在 线维修工作过程中，经常会遇到这样的问题由于整个部件各功能模块之间互相连接 在一起，许多控制信号、反馈信号相互作用于电路板本身，往往从故障的外部表现无 法直观判断并确认出故障区域，而采用传统的排故及维修方法，作用不甚明显。尤其 对于功率驱动电路，还有可能因为长时间的带故障通电致使其他元件损坏，人为扩大
故障区域。
实用新型内容
本实用新型的目的，就是提供一种主要应用在飞机电源组件控制器上电路板的在 线功能检测及排故系统，其可方便地判断并确认出故障区域，且能避免在线检测损坏 其他元件。
为实现上述目的，本电路板在线功能检测及排故系统包括
一基于PXI总线的系统平台控制器，内装操作系统与专用应用系统软件，用以控
制整个检测及排故过程，设有存储器可存储历史数据，兼备数据库技术进行专家诊断；交、直流电源程控电源，用于向被测电路板提供电源； 交、直流大功率可编程交流负载，用于向被测电路板提供负载； 具有函数仿真及任意波形输出功能的可编程函数发生器，用于向被测电路板提供 仿真函数波形；
电阻、电压或电流可程控传感器，用于提供给各功能模块传感器信号； 数据采集设备，用于接收电阻、电压或电流等测试数据； 程控开关及开关矩阵，用于选择设备与采集点来采集信号； 适配器，用于将被测电路板与控制器连接。
所有的硬件设备与控制器之间通过PXI总线、GPIB、 RS232、 USB等通讯接口相连。
所述的数据采集设备为万用表卡或示波器卡。
所述的传感器为可编程程控电阻箱或具有电压电流输出功能的DAQ多功能板卡。 所述的执行开关为继电器矩阵板、数字IO驱动的大功率继电器板。 有益效果通过模拟电路板运行环境来判断电路板功能的好坏，可方便地判断并 确认出飞机电源组件控制器上电路板的故障区域，避免整体电路其他部分故障造成对 电路板的危害，同时避免因控制、反馈等错综复杂的信号同时加载给电路板造成对工 作者排故思路的影响，通过仿真技术与数据库内容的不断完善，有效的解决因人员调 动或记忆局限造成维修经验丢失的现象。科学的设备手段能有效的节约人力成本，同 时提高生产效率。以下结合附图和实施例对本实用新型测试系统进一步说明。

图1是本实用新型测试系统的测试系统原理图；图2是系统结构图；图3是系统软件流程图。
具体实施方式

为了克服传统电路板功能上排故思路与方法的局限，采用分离式排故思路，按电路板进行功能划分，采用外部资源模拟电路板正常工作的外部环境，在线时时检测与测试用以判断电路板是否功能正常。同时在实际电路通电之前进行电路仿真，以帮助排故工作的顺利进展。此实用新型只需要一次历史数据记录，将数据储存在系统数据库当中，以后在维修过程中，利用检测到的波形或数据与历史数据对比，采用专家系统给操作者维修工作指引，縮短排故时间，安全、高效的完成测试与维修任务。每次工作后，工作者还可以将自己的新经验，新认识再补充至该系统，保持经验的积累于延续，在使用中更进一步完善该系统。
本电路板在线功能检测及排故系统包括
一基于PXI总线的系统平台控制器，内装操作系统与专用应用系统软件，用以控制整个检测及排故过程，设有存储器可存储历史数据，兼备数据库技术进行专家诊断；采用美国NI公司的PXI平台，PXI (PCI extensions for Instrumentation,面向仪器系统的PCI扩展)是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台。PXI结合了 PCI的电气总线特性与Co即actPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并增加了专门的同步总线和主要软件特性。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台。同时配备PXI嵌入式控制器，其具有常见的PC外设接口，如键盘/鼠标和监视器，以及硬盘，USB，以太网，RS232, GPIB等接口和其它标准PC外设。本实用新型采用Windows XP操作系统。
专用应用系统软件主要应用NI公司的Labview软件平台，该软件平台采用直观图形化编程方式，应用图形化数据流编程语言和程序框图式编程方法，能够很自然地表示数据的流程，并直观地将用户界面控件映射到数据上，具有界面直观，操作方便，编程简单等特点。特性齐全的LabVIEW编程语言与传统的编程语言有着同样的结构
变量、数据类型、对象、循环、顺序结构及纠错。另外，使用LabVIEW，可以调用动态链接库或共享库文件等已有的代码资源，并与使用ActiveX、 TCP和其他标准技术的软件集成使用。本系统结合Teststand、 CVI、数据库与仿真技术实现一套集电路板功能检测，波形分析，数据记录，专家诊断为一体的在线排故系统。
交、直流电源程控电源，用于向被测电路板提供电源；直流电源采用2路大功率直流程控电源。具体是采用S0RENSEN公司的DLM40-15型号电源，GPIB控制，其具有远程电压感应功能；恒压、恒流操作模式自动切换；可串联或并联使用；内建溫度过高与电压过载保护等功能；交流电源采用3相115Vac 400Hz可调电源。本实用新型采用3相中频电加三相可调大功率变压器来实现。
交、直流大功率可编程交流负载，用于向被测电路板提供负载；交流负载采用大功率可编程交流负载，具有恒压、恒流、恒功率、恒阻抗等操作模式，且功率因素正负可调，即同时兼备可调容性负载与感性负载功能。具体釆用CaliforniaInstruments的3091LD型产品，其产品特点是操作简单。可直接加载特定负载条件；具有自动测试功能，可使用IEEE-488或RS232C程控；.具有工业标准SCPI (可编程仪器标准指令)协议和仪器驱动；内置计量功能；功率等级为3000W;具有恒定电流/恒定功率/恒定阻抗/恒定电压/短路等操作模式。
直流负载采用大功率可编程直流负载，具有恒流、恒阻操作模式，负载电流可调，电阻可调，工作稳定，散热性好。具体采用自制式电阻控制型直流负载箱，该直流负载箱采用远程开关控制，恒流控制时采用电流反馈自动控制方式，由程序控制远程开
6光，保证电流恒定；恒阻控制时采用开环控制方式，由程序直接驱动远程开关电阻。
信号源为具有函数仿真及任意波形输出功能的可编程函数发生器，用于向被测电路板提供仿真函数波形；具体采用NI公司的PXI-5412型任意波形发生器板卡。该板卡具有多模块同步，〈20ps的失真，20MHz模拟带宽，14位分辨率，100 MS/s采样速率，512 MB的共享波形数据和序列指示内存，具有函数发生器仿真模式。
电阻、电压或电流可程控传感器，用于提供给各功能模块传感器信号；传感器应具有电阻、电压、电流式输出方式，且可程控调节最小精度0. 1Q或0. IV。本实用新型为采用IETLABS公司的可编程程控电阻箱，PRS-200系列与NI具有电压电流输出功能的DAQ多功能板卡。该电阻箱具有多功能控制模式，包括指轮开关、IEEE-488.1、IEE-488.2、 RS232C等，可编程"开路"及"短路"状态选项，0. 1Q-99MQ任意可调，9位数字显示；该0八9卡具有+-10￥， 16位，多通道模拟输出。
数据采集设备，用于接收电阻、电压或电流等测试数据，具有同步采集与多通道采集与高采样率波形采集功能。本实用新型釆用2块PXI-4070 DMM万用表卡与双通道PXI-5114 OSC示波器卡。D醒万用表卡具有10位或23位可变分辨率，6位半精度，高电压波形采集。OSC示波器卡具有速率为250MS/s的实时采样速率，125MHz带宽，可同步采样双通道，8M板载内存，可以进行边缘、视窗、滞环、视频(包括HDTV)和数字触发，40 mV到40 V输入范围。配合NI公司自己的SCXI-1127的MUX多路复用卡，可以进行最多32路通道的循环采集，解决大批量TPS问题。
程控开关及开关矩阵，用于选择设备与采集点来采集信号，作为功率器件开关控制机构，不仅应能长时间承载较大电流与电压，还具有远程控制功能。本实用新型采用数字10驱动大功率继电器板来实现，10通道与继电器采用隔离方式增强安全性能。执行开关应具有数量庞大，程控方便，动作时间短等特点。本实用新型采用NI公司的SCXI-1166继电器板，该板具有32个独立的单刀双掷非锁存机电继电器，115周/秒，触电可承受最高电压为300VDC/300VAC， 2A切换/5A传送，完全可用软件编程。执行开关应具有数量庞大，程控方便，动作时间短等特点。适配器，用于将被测电路板与控制器连接。
所有的硬件设备与控制器之间通过PXI总线、GPIB、 RS232、 USB等通讯接口相连，数据采集设备为万用表卡或示波器卡，传感器为可编程程控电阻箱或具有电压电流输出功能的DAQ多功能板卡。
图l是整个系统原理图以框图形式说明，围绕着恃测电路板，向其提供电源、负载、控制信号、反馈信号、传感器等信号，同时采用DMM万用表卡与OSC示波器卡采集测试数据，PXI控制器(CPU)负责数据的记录与波形分析，同时运用专家控制方式
给操作者界面输出测试结果与操作指引。
图2以系统结构图的方式加以说明，PXI机箱作为系统核心，PXI总线上集成了D固数字万用表，0SC数字示波器，FGEN任意波形发生器，以及集成AI/A0/DI/D0等功能的DAQ多功能数据采集卡等板卡；PXI机箱的扩展插槽集成了 SCXI的继电器板与MUX多路复用板；PXI控制器上面集成了RS232接口、 GPIB接口、以及其他常见的PC外设接口，如键盘/鼠标和监视器，以及硬盘，USB 2.0接口等标准PC外设。
使用本系统对电路板在线功能检测及排故系统的方法步骤如下
对被测电路板按其功能划分各功能模块，在各功能模块之后的相关测试点设置信号采集点；
向被测电路板提供电源与负载等资源；
函数发生器向被测电路板加上各种模拟传感器、模拟反馈等函数信号；控制器通过矩阵开关元件指引采集卡选择各采集通道采集被测信号、记录数据与
8波形并显示；
控制器将从各采集通道采集来的信号与存储器内存储的该被测电路板上相应采集点的历史数据进行对比并进行分析； '
经对比分析后若发现错误则调用存储器内存储的专家诊断系统，诊断后给操作者提供维修指引；
参照指引依次手动排除各与历史正常数据不符合的功能故障，直至所有故障被排除。
工作原理首先将待测试电路板从上一级被测部件中分离出来。将外部电源接头引入电路板的电源接口， 一般为DC12V， DC24V或者士7.5Vdc等不同电源信号，此电源信号均由可编程电源提供。若待测试电路板需要其他传感器等信号才可以正常工作，则通过传感器模拟信号提供给待测试电路板相应的信号，以保证模拟待测试电路板在上一级被测部件中的工作环境。外部资源加载到待测试电路板之后，此时的电路板可以工作在开环工作模式下，但是还无法检测此时电路板的带负载能力以及其他执行功能，所以将待测试电路板的输出端与可编程负载相联，调节负载来模拟电路板在上一级被测部件中的执行机构来检验此时电路板的带负载能力，电路板的带负载能力是检验电路板功能的一项重要指标。 一般情况下电路板带负载工作以后，电路板上元件消耗的功率会有明显增加，电源的输出功率也会相应增加，为保持电路板工作在稳定的闭环工作模式下， 一定要引入反馈环节，此时利用任意波形函数发生器来模拟电路板在上一级被测部件加载情况下的反馈信号并输入至电路板上相应的反馈输入接口，那么此时通电情况下的电路板尽管己脱离其安装在上一级部件中的工作环境，但是可以完全模拟其安装在上一级部件中的工作模式，这样可以不受其他功能模块电路板的干扰与影响，单独判断此电路板功能的好坏，通过此方式来隔离故障电路板。那么如何来判断一块待测试电路板功能的好坏呢，就需要在模拟电路板正常工作的外部环境的同时，使电路板工作在闭环工作模式之下，对电路板上的特征测试点以及输出用万用表、示波器等设备进行数据采集工作，将采集到的数据与波形进行波形分析，经专家系统诊断后显示诊断结果，判断电路板功能好坏或者锁定故障区域或故障元件。
权利要求1、一种电路板在线功能检测及排故系统，其特征是包括一基于PXI总线的系统平台控制器，内装操作系统与专用应用系统软件，用以控制整个检测及排故过程，设有存储器可存储历史数据，兼备数据库技术进行专家诊断；交、直流电源程控电源，用于向被测电路板提供电源；交、直流大功率可编程负载，用于向被测电路板提供负载；具有函数仿真及任意波形输出功能的可编程函数发生器，用于向被测电路板提供仿真函数波形；电阻、电压或电流可程控传感器，用于提供给各功能模块传感器信号；数据采集设备，用于接收电阻、电压或电流等测试数据；程控开关及开关矩阵，用于选择设备与采集点来采集信号；适配器，用于将被测电路板与控制器连接。
2、 根据权利要求l所述的电路板在线功能检测及排故系统，其特征是所有 的硬件设备与控制器之间通过PXI总线、GPIB、 RS232、 USB等通讯接口相连。
3、 根据权利要求2所述的电路板在线功能检测及排故系统，其特征是所述的数据采集设备为万用表卡或示波器卡。
4、 根据权利要求3所述的电路板在线功能检测及排故系统，其特征是所述 的传感器为可编程程控电阻箱或具有电压电流输出功能的DAQ多功能板卡。
5、 根据权利要求4所述的电路板在线功能检测及排故系统，其特征是所述 的执行开关为继电器矩阵板、数字io驱动的大功率继电器板。
专利摘要一种基于PXI平台的电路板在线功能检测及排故系统，其主要基于PXI平台，结合虚拟仪器技术、通信技术、数据库等技术搭建起来，控制外部资源模拟电路板正常工作的环境，在模拟电路板正常工作时进行数据采集，数值分析，数据保存，提供排故指引等功能。此实用新型可以避免因人员调动或记忆模糊所引起的维修经验的流失等问题，对电路板进行功能测试及排故工作的同时，不会造成因被测元件故障导致的不安全事件及故障范围扩大等现象，同时还可以缩短排故时间，提高工作效率。
文档编号G01R31/28GK201421487SQ200920057500
公开日2010年3月10日 申请日期2009年5月31日 优先权日2009年5月31日
发明者东 曹, 博 李, 李辉宪, 郑桂芳 申请人:广州飞机维修工程有限公司