Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ сбоев в элементах автомобильной электроники 10
1.1. Современная проблема сбоев 10
1.2. Электрические модели сбоя 14
1.3. Модель для получения и контроля третьего состояния соединителей 23
Глава II. Интеллектуальная диагностика автомобильных исполнительных механизмов 35
2.1. Теория сбоя 35
2.2. Бесконтактный и радиоизмерительный методы контроля и диагностики 48
2.3. Применение кода Вьюшкова-Дианова для контроля и диагностики сбоев 60
Глава III. Интеллектуальная диагностика автомобильных датчиков 66
3.1. Разработка интеллектуального метода контроля и диагностики сбоев автомобильных датчиков 66
3.2. Разработка алгоритмов 75
3.2.1. Датчик детонации 75
3.2.2. Датчик кислорода 77
3.2.3. Датчик температуры охлаждающей жидкости 79
3.3. Статистические методы, интеллектуализация 81
3.3.1. Датчик положения дроссельной заслонки 81
3.3.2. Датчик положения педали тормоза 87
Глава IV. Экспериментальные исследования и аппаратная реализация 91
4.1. Датчик детонации 97
4.2. Датчик кислорода (А,-зонд) 103
4.3. Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ) 114
4.4. Датчик расходомер 118
Заключение 137
Список используемой литературы 140
Приложения 149
- Модель для получения и контроля третьего состояния соединителей
- Бесконтактный и радиоизмерительный методы контроля и диагностики
- Статистические методы, интеллектуализация
- Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ)
Введение к работе
Современный автомобиль представляет собой результат глубокого синтеза механики и электроники, т.е. то, что в настоящее время называют мехатронными системами, которые объединяют механические, электронные и информационные технологии. В области автомобильной мехатроники в ближайшее время следует ожидать миниатюризацию систем на основе применения средств микроэлектроники. В частности, будет продолжаться увеличиваться использование интеллектуальных микроэлектронных автомобильных датчиков.
Развитие элементной базы, усложнение программного обеспечения решаемых задач и ужесточение условий эксплуатации, как современного автомобиля, так и автомобиля ближайшего будущего требует совершенствования существующих методов и поиска новых подходов в повышении их надежности. Это связано с тем обстоятельством, что автомобиль является потенциально опасным для человека объектом. В настоящее время особое внимание у нас в стране и за рубежом уделяется различным интеллектуальным системам для определения работоспособности электронных средств автомобиля.
Таким образом, вес большее распространение получают "интеллектуальные датчики" [1], имеющие собственные встроенные микропроцессорные устройства для первичной обработки сигнала, например для аналого-цифрового преобразования, амплитудно-частотного анализа, интегрирования или внесения поправок с учетом характеристик датчика. Большое значение при этом имеет возможность предсказания поведения исследуемой системы на как можно больший отрезок времени. Особое значение в алгоритмах предсказания имеет проблема раннего обнаружения начала опасного или аварийного развития событий посредством выявления и регистрации сбойных состояний.
Проблемой сбоев в элементах электроники как у нас в стране, так и за рубежом занимаются уже несколько десятков лет, начиная с 60-х годов
предыдущего столетия. Но она полностью не решена до наших дней. Более того, в последнее время ей уделяется повышенное внимание. Так, например, одной из важнейших характеристик автономной системы навигации в создаваемой международной космической станции является ее устойчивость к сбоям [2]. В проекте создания под эгидой Японии ЭВМ следующего поколения первостепенное внимание уделяется вопросам диагностики сбоев с использованием искусственного интеллекта как краеугольной задаче обеспечения надежности [3].
Примечательно, что за рубежом, и в первую очередь в США, первоначально недооценивающих влияние сбоев на работу аппаратуры, что следует хотя бы из определений данного явления их исследователей («мягкий» отказ, промежуточные состояния между логическими «О» и «1» -см, например [4]), данная проблема становится одной из приоритетных при создании аппаратуры. Это прежде всего ведущие фирмы, например, IBM (International Business Machines Corporation), являющаяся одним из головных разработчиков суперЭВМ [5]; «Дженерал Электрик» (General Electric Company) [6], одна из ведущих фирм в области автомобильной электроники «Катерпиллер» (Caterpillar Inc.) [7J и другие [8J. Характерно, что ранее концепция повышения надежности американских исследователей и разработчиков аппаратуры базировалась преимущественно на повышении надежности ее элементной базы [9], [10].
С повышением требований уровня экономических и экологических составляющих современного автомобиля, и, как следствие, его конкурентоспособностью в процессе его эксплуатации важное значение имеет базовое диагностирование микропроцессорной системы управления двигателем и, в первую очередь, различных типов датчиков, в том числе и потенциометрического типа как наиболее уязвимых вследствие наличия контактных сочленений. Совершенствование методов диагностирования датчиков обусловлено, главным образом, двумя обстоятельствами -интеллектуализацией процесса диагностики и обнаружением отклонений характеристик датчиков на ранних стадиях возникновения, связанных с их скрытыми дефектами, проявляемыми, например, в виде сбойных и
предсбойных состояний. Одним из путей решения проблемы является использование методов программно-алгоритмического контроля, получивших распространение в последнее время из-за широкого внедрения микропроцессорной техники в автомобильный транспорт.
Целью диссертационной работы является исследование и разработка интеллектуального метода диагностики сбоев элементов автомобильной электроники, при помощи развития методов интеллектуальной диагностики применительно к автомобильным датчикам.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
На основе анализа сбоев в элементах автомобильной электроники и методов их диагностики исследовать влияние контактных соединений на появление сбойных состояний.
Разработать алгоритмы выявления и регистрации сбоев в различных элементах автомобильной электроники.
Разработать аппаратную реализацию интеллектуального метода диагностики сбоев автомобильной электроники на примере различных типов датчиков.
При помощи методов статистики проверить достоверность полученных данных.
В качестве объекта исследования были выбраны элементы современной автомобильной электроники.
В качестве предметов исследования были выбраны автомобильные датчики различных типов и назначений: датчик концентрации кислорода, датчик детонации, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчики параметрического типа (датчик положения педали тормоза, датчик положения дроссельной заслонки). А также датчики-расходомеры, которые применяются не только в автомобилестроении, но и в энергетике, в
нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также медицине.
Решение поставленных в исследовании задач осуществлялось известными методами обнаружения источников сбоев в элементах стационарных ЭВМ применительно к элементам и системам автомобильной электроники. На основе проведения экспериментальных исследований различных типов элементов (датчиков) автомобильной электроники использовались методы статистического анализа, временные, а также частотные и комбинированные методы.
В решении современных задач диагностики элементной базы аппаратуры большой вклад внесли зарубежные и отечественные ученые и исследователи. Среди зарубежных к ним относятся: Фолкенберри Л.М., Лонгботтон Р., Хэмминг Р.В., Боуз Р. и Чаудхури Д. Среди отечественных: Клюев В.В., Пархоменко П.П., Путинцев Н.Д., Шибанов Г.П., Каган Б.М. и Мкртчян И.Б., Кафанов Ю.Н., Увайсов С.У., Семин В.Г., Гродзенский С.Я., Дианов В.Н.
Научная новизна работы заключается в развитии теории сбоев на примере элементов автомобильной электроники, позволяющей диагностировать скрытые дефекты в виде сбоев на ранней стадии их возникновения, повышать точность диагностирования, а также увеличивать время на принятие решения в тех случаях, когда это необходимо. Сбойные состояния показывают важность более полной диагностики автомобильной электроники (датчиков) как составных элементов микропроцессорной системы управления, которая согласуется с существующей в настоящее время тенденцией по непрерывной оценке надежности электронных узлов.
В отличие от известных путей решения задачи ранней диагностики в
исследовании автором разработан новый подход к проблеме, заключающейся, в частности, в обнаружении и регистрации источников сбоев элементной базы микропроцессорных системах управления двигателем, на примере различных типов автомобильных датчиков.
Практическая значимость работы заключается в следующих результатах:
1. Проведен анализ сбоев в элементах автомобильной электроники,
обоснована целесообразность применения интеллектуальных методов диагностики.
Исследовано влияние соединителей на появление сбойных состояний в элементах автомобильной электроники.
Разработаны метод и устройства для интеллектуальной диагностики, учитывающие появление сбоев в различных типах автомобильных датчиков.
Разработаны рекомендации, позволяющие обнаруживать не регистрируемые "базовыми" средствами диагностирования автомобильной электроники сбои в режиме "On-line", т.е. в темпе с процессом.
Показана универсальность применения метода интеллектуальной диагностики сбоев не только в автомобильной, но и в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также медицине и энергетике.
Основные положения и результаты научных исследований диссертационной работы обсуждались на следующих конференциях:
Международный симпозиум по электронике и электрооборудованию транспорта. - Суздаль, 2004.
Международная конференция и Российская научная школа «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий (ИННОВАТИКА-2004)» - Москва, 2004.
49-ая международная научно-техническая конференция ААИ. - Москва, МГТУ «МАМИ», 2005.
Межвузовская научная конференция «Новые технологии и разработки в машиностроении, автоматике» - Коломна, 2005.
V международная научно-практическая конференция под патронажем UNESCO - Москва, 2005.
V всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ-Москва, 2005.
II всероссийская научно-технической конференция с международным участием МАУ- Уфа, 2005.
Международный симпозиум по электронике и электрооборудованию транспорта. - Суздаль, 2005.
Всероссийская выставка научно-технического творчества молодежи НТТМ - Москва, 2007.
На защиту выносятся следующие положения:
4- Разработанные автором интеллектуальный метод и алгоритмы по выявлению и регистрации сбоев в элементах (датчиках) автомобильной электроники в режиме "On-line", т.е. в темпе с процессом.
4- Разработанные автором устройства для интеллектуальной диагностики сбоев элементов (датчиков) автомобильной электроники.
4«- Экспериментальные исследования работы некоторых элементов (датчиков) автомобильной электроники в режиме сбоя и их интеллектуальная диагностика.
Модель для получения и контроля третьего состояния соединителей
На рис. 1.8 изображена структура устройства для получения третьего состояния соединителей. Устройство содержит генератор импульсных сигналов 1; контролируемый 2 и эталонный 3 соединители; КМОП-инверторы 4 и 5; блок питания с регулируемой амплитудой 6; блок выделения сдвига фронтов 7; блок выделения амплитуды 8; генератор механических колебаний 9; узлы согласования 10-1...10-7. Генератор 9 с соединителями 2 и 3 имеет механическую связь. Узлы согласования 10-1...10-7 представляют собой ВЧ-кабелъ с волновым сопротивлением 50 Ом, подключаемый к сигнальным контактам и экранирующим выводам соединителя.
Устройство функционирует следующим образом. В исходном (выключенном) состоянии включают генератор импульсных сигналов 1, блок питания 6, после прогрева которого выставляется и подается номинальное напряжение на КМОП-инверторы 4 и 5; одновременна от источника опорного напряжения (на схеме не показан) подается напряжение на блоки 7 и 8. Если предусмотрена проверка соединителя на третье состояние в конкретной цепи или устройстве, то эти цепь или устройство должны быть отключены от соединителя через коммутатор (на рисунке не показан), а соединитель проверяется по схеме рис. 1.8. При необходимости получения на соединителе третьего состояния (например, при проверке на надежность) должен быть подсоединен предварительно включенный и прогретый генератор механических колебаний 9.
Учитывая, что в третьем состоянии емкостная составляющая мала (сотые доли пикофарады), для надежной фиксации этого состояния в качестве нагрузки соединителей используются КМОП-инверторы, для которых характерны большая крутизна переходной характеристики, высокая помехозащищенность, большое входное сопротивление в открытом и закрытом состояниях, а также малая задержка фронтов импульсов. К тому же известно использование КМОП-ИС, питаемых от источника с изменяемой амплитудой для получения регулируемого времени задержки поступающего на вход импульса [1.40]. Сочетание всех известных свойств КМОП-инверторов позволяет повысить чувствительность устройств при фиксации третьего состояния соединителя 2. После КМОП-инверторов 4 и 5 сигналы поступают в блок выделения сдвига фронтов 7, работающий по принципу выделения разности фаз. К Рис. 1.9 б Участки 2-3, 5-6, 8-9 - более низкая скорость движения составных частей; участки 1-2, 3-4, 4-5 - генератор переходит на повышенную скорость По окончании действия сигнала блока выделения амплитуды 8 (рис. 1.8), что будет свидетельствовать об окончании прохождения участка с третьим состоянием соединителя, генератор переходит на повышенную скорость (рис. 1.9 б, участки 1-2, 3-4, 4-5 и т.д.).
Третье состояние соединителя можно аппаратно выявить и по-другому. Такая необходимость может возникнуть, например, при отсутствии КМОП-инвертора, а также аппаратуры, фиксирующей фазовый сдвиг. В таких случаях вместо КМОП-инвертора можно в качестве нагрузки применить резистор, близкий к номиналу в 50 Ом. Тогда в третьем состоянии на соединителе появится емкостная составляющая, которая вместе с активной нагрузкой 50 Ом образует цепь с постоянной составляющей, много меньшей длительности поступающих на соединитель импульсов. Это является необходимым и достаточным условием для дифференцирования проходящих через соединитель импульсов в третьем состоянии. Третье состояние соединителей наблюдалось как при подаче импульсов с генератора 1 (рис. 1.8 ) в виде меандра в частотном диапазоне до 50 МГц, так и в пикосекундном диапазоне со скважностью импульсов большей двух.
Для аналоговых устройств, работающих в диапазоне частот до 1 МГц, могут потребоваться, например, данные о частотных свойствах соединителя и наличии в нем третьего состояния. На рис. 1.11 по горизонтальной оси отложены значения частоты без соблюдения масштаба подаваемых на вход соединителя гармонических сигналов, а по вертикальной - амплитуды входных сигналов, совпадающие с прямой 1 - характеристикой эталонного соединителя (без третьего состояния), и амплитуды выходных сигналов: Fcp, F cp, Fp) , F pi , Fp2, F p2 - частоты срезов и резонансов "сбойного" соединителя на начальном (рис. 1.11 а) и конечном (рис. 1.11 б) этапах эксплуатации. На рис. 1.11 представлены для удобства случаи, когда число резонансов в третьем состоянии соединителя не превышает двух. Однако данное число резонансов может быть и больше двух.
Снижение амплитуды выходных колебаний на резонансных частотах с течением времени (например, при эксплуатации) можно объяснить возрастанием активного сопротивления контактов из-за увеличения числа участков» находящихся в режиме "XX" (рис. 1.10 г, справа), а также сокращением площадей (длин) участков с режимом "КЗ". Увеличение со временем эксплуатации добротности резонансных контуров Q можно объяснить ростом разностей L= L, - L1+i между соседними их значениями в начале срока эксплуатации, а также сокращением числа цепочек R, , L, , С, (число N в схеме на рис. 1.10 д).
Бесконтактный и радиоизмерительный методы контроля и диагностики
Существующие многочисленные методы контроля соединителей обусловлены как сложностью протекающих в них процессов, так и множеством причин сбоев, основные из которых следующие: загрязнения, вносимые при изготовлении, особенности поведения составляющих соединитель материалов, несвоевременная и неудовлетворительная протирка контактов, недостаточная защищенность от внешних воздействии [1.14].
Известны методы контроля соединителей [1.13], которые предполагают проводить входной и эксплуатационный контроль по одному параметру соединителя - электрическому сопротивлению замкнутых или разомкнутых контактов или в их совокупности. Общий недостаток этих видов контроля -функциональная ограниченность, не позволяющая проводить контроль соединителей, находящихся в предельных режимах, т.е. на границе устойчивого работоспособного состояния. Вместе с тем, необходимо отметить важность контроля по данному параметру, поскольку по мере того, как в результате совершенствования аппаратуры снижаются рабочие напряжения и токи, режим нормального функционирования аппаратуры становится все более критичным к сопротивления электрического контакта соединителей. Отметим, что даже относительно небольшие изменения сопротивления могут быть причиной сбоев и отказов. Следует добавить, что причиной сбоев, вызывающих многочисленные ошибки, в системе, могут быть и небольшие изменения сопротивления электрического соединения на всем пути следования сигнала. Дестабилизирующим и стабилизирующим факторами, влияющими на величину электрического сопротивления соединителей соответственно являются разъедание поверхностей контактов соединителей и их смазка [1.21]. При этом сопротивление электрического контакта соединителей зависит как от степени разъедания контактов, так и от тока, протекающего через них, а также от процедуры измерения сопротивления контактов. В последнее время эффект разъедания контактов в соединителях ТС привлекает пристальное внимание разработчиков по той причине, что золоченые контакты, препятствующие их разъеданию, имеют высокую цену. Недостаток данных методов контроля заключается также и в том, что значительную погрешность при этом (особенно при непосредственном наблюдении процессов образования сбоев в аппаратуре) может вносить и измерительная аппаратура, например, при установке печатной платы в качающийся соединитель.
К недостаткам методов измерения и контроля сопротивления контактов следует отнести и малый объем получаемой информации, недостаточный для определения статистической характеристики, сопротивления, а также тот факт, что при контроле в статическом режиме сопротивление зависит от случайной точки покоя внутри точки (зоны) расчленения. Более глубоко природу и свойства сопротивления контактов можно изучить, измеряя быстроменяющиеся случайные его отклонения во время повторяющихся операций, поскольку сопротивление контактов зависит от динамических процессов, например, от скачков напряжения и действия сил трения. Оборудование для такого вида контроля характеризуется быстродействием порядка десятков наносекунд, что не всегда бывает достаточным для наблюдения явлений сбоя.
Контроль соединителей можно вести по другому параметру или одновременно по нескольким параметрам [2.5]. Общим недостатком данных видов контроля является низкая достоверность из-за невозможности определения высокочастотных параметров соединителей.
Существуют способы контроля сбоев в элементах автомобильной электроники из-за сбоев в работе соединителей, позволяющие фиксировать сбои по_ вторичным признакам и выявлять их в блоках, электрически расположенных за соединителями [1.25]. Общий недостаток способов заключается в не возможности установления причины сбоя или его местонахождения в устройствах, а также сложность аппаратной реализации [2.6].
Другие виды контроля соединителей заключаются в проверке их параметров в режимах "короткое замыкание" или "КЗ" (т.е. во включенном состоянии) и "холостой ход" или "XX", т.е. "обрыв", что соответствует выключенному состоянию [2.7]. Недостаток способов - низкая достоверность контроля, не позволяющая выявлять или прогнозировать наступление сбойных ситуаций, которые могут возникать на протяжении всего срока службы соединителей.
Частично решают задачу предотвращения сбоев в соединителях контроль контактного сопротивления при испытании контактов на износоустойчивость, оценка качества механически скрепленных контактных соединений, а также способы приемки и испытаний [2.8].
Одним из важнейших параметров, характеризующих качество соединителей, является контактное нажатие Fj,. В свою очередь, - контактное нажатие для каждого соединителя является переменной величиной в течение всего его срока службы. Перечислим факторы, от которых зависит значение этого параметра [2.9] : 1. коэффициент "с", учитывающий способ, чистоту обработки и состояние поверхности контактных элементов (с = 3 для грубых поверхностей, с = 1 для чисто обработанных поверхностей); 2. НВ - число поверхностной твердости по Бринеллю; 3. коэффициент "Ь", зависящий от характера деформации, вида и формы зоны контактирования (на практике Ь= 0,33.. .2,0). 4. рп - приведенное удельное сопротивление материалов, из которых выполнены контакты, причем рп = рх + р2 где рх,рг - удельные электрические сопротивления материалов контактов;
Статистические методы, интеллектуализация
Недостатками переменных резисторов, составляющих основу ДПДЗ, являются зависимость сопротивления от температуры окружающей среды и низкая надежность в условиях агрессивных сред, вибраций, многократного изменения температуры и влажности в автомобиле, что особенно актуально в климатических условиях Российской Федерации.
Для исследования процесса износа и появления предсбойных и сбойных состояний проведены экспериментальные работы, в ходе которых были получены показатели промежуточных состояний и остаточного ресурса датчика. Эксперимент заключался в снятии постоянно изменяющейся, вследствие ускоренного износа, характеристики датчика, т.е. зависимости выходного напряжения от угла поворота дроссельной оси. Для эксперимента был выбран датчик положения дроссельной заслонки ДПДЗ-03, устанавливаемый на двигателях семейства автомобилей ВАЗ [3.19], который является одним из наиболее распространенных.
Полученные данные позволили автору судить о том, как происходит процесс износа и предложить метод анализа текущего состояния датчика с целью выявления предсбойного состояния.
Проанализировав полученные в результате эксперимента данные, можно прийти к заключению, что предсбойные состояния возможно выявить аналитическим путем. Был разработан метод диагностики предсбойных состояний, который заключается в статистическом подходе к анализу состояния ДПДЗ по его характеристике ивых = f (а). Метод позволяет выявлять скоротечные, а также растянутые во времени процессы связанные с износом. Метод ориентирован на диагностику датчика дроссельной заслонки с помощью алгоритма, заложенного в блок управления. С течением времени вы ходная характеристика датчика UBBIX = f (а0) изменяется, нелинейно отклоняясь от первоначального состояния.
Поскольку блок управления (БУ) не может аппаратным путем точно определить соответствие полученного значения выходной характеристики ивых заданному углу а, то вопрос о том ,как диагностировать, а тем более как предсказывать сбой, остается открытым. Сложность заключается в том, что средства аппаратного контроля для ДПДЗ не применяются. Предлагаемый статистический метод в интеллектуализации диагностики заключается в следующем.
Начальное состояние датчика положения дроссельной заслонки принимается как эталонное и берется за основу для последующего контроля состояния датчика. Под начальным состоянием понимается выходная характеристика датчика в начале эксплуатации. В ходе каждой предпусковой диагностики оборудования система потребует ввести выходную характеристику в память блока управления. Моментам начала и конца движения подвижного механизма датчика (определяется по dU / dt) соответственно сопоставляются начало и конец характеристики. После остановки механизма производится анализ характеристики, включающий в себя оценку соответствия начального и текущего состояний датчика с целью выявления кратковременного выхода характеристики из допустимых (по нормам ТУ) пределов, что является сбоем, а также наличия неоднозначных ситуаций в виде провалов, но не выходящих из области допуска. В случае выявления сбоя системой выдается сообщение, предупреждающее о сбое. В случае обнаружения предсбойного со-тояния (точка перегиба второй производной dUBbix / dt=0 кривой 4, рис.2) система выдает сообщение о предсбойном состоянии.
Текущая характеристика датчика положения дроссельной заслонки положения сохраняется в памяти БУ. В качестве статистических данных заносятся 30 состояний (характеристик) датчика. Данные формируются по буферному принципу следующим образом (табл. 3.3.2). Анализ состоит в исследовании процесса изменения характеристики с течением времени. Он проводится в контрольных точках полученной характеристики датчика, используя статистически накапливаемые данные.
Определяется вид эмпирической зависимости (линейная, показательная, дробно-рациональная, логарифмическая, степенная, гиперболическая). Уточняются коэффициенты зависимости, например, методом средних значений. По полученной формуле рассчитывается приблизительное время, оставшееся до вероятности наступления сбоя.
Зная характер происходящих изменений, можно судить о степени их серьезности и скоротечности. В результате анализа выявляется наличие или отсутствие предсбойного состояния и, в случае обнаружения, выдается соответствующее сообщение.
Датчик температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ)
Рассматривается новый подход в обнаружении „сбоев, температурных датчиков. Особенности предлагаемого метода - работа датчиков в области низких частот. Повышенная эффективность метода - при его реализации в микропроцессорных системах управления двигателем автомобиля.
Метод обнаружения сбоев в ДТОЖ реализуется в микропроцессорной системе управления двигателем, содержащей также помимо известных датчиков и микропроцессора, исполнительные механизмы, параметрический датчик, блок совпадений (схема "И"), блок светозвуковой индикации. Метод является универсальным, и может применяться к различным типам датчиков. Более подробно этот метод описан в начале этой главы.
ДТОЖ представляет собой термистор, т.е. резистор, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. На рис.4.3.1 показано это изменение. Цифрой 1 на рисунке отмечена исправная работа датчика температуры охлаждающей жидкости. Под цифрой 2 показано изменение сопротивления датчика в сбойном (неисправном) состоянии. Рис.4.3.1 б дает представление о том участке графика (Рис.4.3.1 а), где разница между исправным и неисправным (сбойным) состояниями наиболее велика.
Контроллер подает на ДТОЖ напряжение питания 5 В через резистор с постоянным сопротивлением, находящийся внутри контроллера. Экспериментально (для конкретного типа датчика автомобиля ВАЗ 21102) получено, что сопротивление при его сбое может изменяться до 80-Н00
Для выявления сбоя датчика предложено разместить на термостате магнит и геркон. Магнит располагается на поршне основного клапана термостата. Геркон крепится к корпусу термостата и на него подается питание. При температуре 102 градуса ход клапана составляет 8 мм и клапан полностью открыт. Как только клапан открывается, вместе с ним магнит отдаляется от геркона и на герконе появляется ток, т.к. он выходит за зону действия магнитного поля магнита.
Данный способ относится к области приборостроения и может быть использован для измерения расходов жидкости, газа или пара - в энергетике, на транспорте, в нефтяной, нефтехимической, химической, пищевой промышленности, а также медицине. Технический результат заключается в повышении точности диагностирования, который достигается за счет того, что в процессе эксплуатации обнаруживаются и регистрируются распределенные и локальные источники сбоев в аппаратуре: сигнальные (интерфейсные) шины, шины заземления и электропитания, одно- и многожильные провода, печатные проводники и переходные отверстия печатных плат, контактные паяные соединения, контактирующие устройства интегральных микросхем, соединители (разъемы) и клеммные колодки, а также сам датчик-расходомер.
Эффект достигается вследствие включения в аппаратуру контактных и бесконтактных датчиков сбоя, а также добавлением других новых элементов и алгоритмов обработки электрических сигналов с указанных датчиков. При этом в качестве информативных параметров датчиков используются повышенное (более чем в 2+4 раза) электромагнитное излучение, дополнительный сдвиг фронтов импульсных сигналов, смена фаз гармонических сигналов, наличие субгармонических колебаний, изменение соотношения падающей и отраженной волны, изменение амплитудно-частотных характеристик, появление эффекта дифференцирования сигналов.
Известен способ тарирования системы измерения разности давлений потока жидкости посредством использования корректирующих коэффициентов для линеаризации взаимосвязи между расходом потока жидкости и электрическим выходным сигналом электронного преобразователя [4.5]. Недостатком способа является его низкая достоверность функционирования из-за невозможности учета влияния скрытых дефектов, проявляющихся, например, в виде различных сбоев оборудования.
Известным техническим решением является способ диагностирования объекта, заключающийся в анализе формы сигналов с объекта при задании скачкообразного входного напряжения и регистрации переменных состояний диагностируемой цепи и последующим их сравнением с эталонными состояниями [4.6]. Недостатком способа является его ограниченная функциональная возможность, не позволяющая обнаруживать и регистрировать скрытые дефекты и их источники, проявляющиеся в виде сбоев элементов и узлов электрической цепи.
Известен датчик расходомера, содержащий струенаправляющий аппарат, магнит, узел съема сигнала, в котором для повышения чувствительности и надежности функционирования введен струевыпрямляющий аппарат и конструктивно по новому расположен магнит [4.7]. Недостатком устройства" является его функциональная ограниченность из-за невозможности учета в работе скрытых дефектов (вибрации, внешние электромагнитные воздействия - помехи, гидравлические удары и т.д.).
Наиболее близким аналогом (прототипом) является устройство диагностирования объекта в виде нелинейного двухполюсника, последовательно подключенного к параллельно соединенным RC - элементам, в которое для повышения точности диагноза дополнительно введен источник импульсов напряжений [4.8].
Недостатком устройства является его функциональная ограниченность из-за невозможности обнаружения и регистрации кратковременных выходов рабочих параметров за пределы поля допуска, то есть учета влияния на систему различного рода скрытых дефектов, а также действия внешних помех.
Задача, решаемая способом, — расширение функциональных возможностей по обнаружению скрытых дефектов в виде сбоев элементов и узлов за счет введения датчиков сбоев и использования новых информативных признаков сбоев с соответствующей обработкой информации (сигналов).
Поставленная задача решается тем, что источниками сбоев обнаруживают следующие элементы и узлы расходомеров: сигнальные (интерфейсные) шины, шины заземления и электропитания, одно- и многожильные провода, печатные проводники и переходные отверстия печатных плат, контактные паяные соединения, контактирующие устройства интегральных микросхем, соединители (разъемы) и клеммные колодки по информативным параметрам в виде повышенного (более чем в 2-4 раза) электромагнитного излучения, дополнительного сдвига фронтов импульсных сигналов, смены фаз гармонических сигналов, наличия субгармонических колебаний, изменения соотношения падающей и отраженной волны, изменения амплитудно-частотных характеристик, появления эффекта дифференцирования сигналов.
Поставленная задача решается также тем, что электромагнитные излучения от источников сбоев обнаруживают бесконтактно в диапазоне частот от единиц герц до единиц гигагерц.
Поставленная задача решается также тем, что дополнительный сдвиг фронтов импульсных сигналов, проходящих через источники сбоя, осуществляется и обнаруживается во всем диапазоне частот работающей аппаратуры с изменением сдвига фронта от единиц наносекунд и выше.
Поставленная задача решается также тем, что изменение фазы гармонических сигналов источников сбоя осуществляется и обнаруживается во всем диапазоне работающей аппаратуры до значения 180 градусов.
Поставленная задача решается также тем, что наличие субгармонических колебаний в источниках сбоя осуществляется и обнаруживается в диапазоне частот от долей герца до единиц килогерц и выше.
