Обнаружение регистрации источников сбоев в функционировании гидродинамического лага

Клевцова Т.В.

ОБНАРУЖЕНИЕ РЕГИСТРАЦИИ ИСТОЧНИКОВ СБОЕВ В ФУНКЦИОНИРОВАНИИ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ЛАГА

В состав современных навигационных систем (НС), в том числе и автономных (например, подводные объекты, воздушный, водный и наземный транспорт) входит ряд подсистем (рис.1), среди которых инерци-альные навигационные системы, измерители скорости (лаги), приемники сигналов спутниковых НС (СНС), гирокомпасы, а также ЭВМ, осуществляющих комплексную обработку информации.

Рис.1. Структура интегрированной НС

Подобные НС обычно называют интегрированными НС или навигационными комплексами. [1].

Учитывая то обстоятельство, что перечисленная аппаратура работает в условиях помех (как искусственных, так и естественных), влияющих как на показания датчиков информации, так и на промежуточные тракты, в которых участвуют и преобразователи информации, и устройства цифровой обработки, и каналы связи, нужно полагать, что важной характеристикой эффективности НС становится ее надежность.

Существующие (как отечественные, так и зарубежные) методы повышения надежности связаны, как правило, с аппаратурной и информационной избыточностью. Учитывая, что аппаратура работает в области повышенных частот (до гигагерц), не исключается рассмотрение и других методов повышения надежности НС: пересмотр и ужесточение требований по электромагнитной совместимости (экранировка аппаратуры,

переход на помехозащищенные связи с использованием оптического стекловолокна).

В совокупности все это пассивные методы, так как они зачастую не позволяют выявить, установить, а тем более устранить источник/источники помех, оставляя тем самым потенциальную возможность появления новых отказов аппаратуры.

В зависимости от принципов формирования и получения информативных признаков, по совокупности которых оценивается сбойное состояние элементов аппаратуры как источников сбоев, могут быть предложены различные методы обнаружения и регистрации источников сбоев (рис. 2). [2].

МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ РЕГИСТРАЦИИ ИСТОЧНИКОВ СБОЕВ

БЕСКОНТАКТНЫЕ

КОНТАКТНЫЕ

ВРЕМЕННЫЕ

АМПЛИТУДНО-

ЧАСТОТНЫЕ

х < °Й

ш

&

Рис.2. Классификация методов обнаружения источников сбоя

Принципиальная особенность предложенной в данной работе концепции повышения надежности аппаратуры за счет исключения воздействия на нее сбоев состоит в том, что в отличие от ранее используемых подходов обнаруживаются и регистрируются не места сбоев, а источники сбоев. То есть предлагаются активные методы резкого повышения надежности аппаратуры навигационных систем.

Отметим, что наличие сбоев в аппаратуре, в частности в ЭВМ, приводит к нарушению условий по выполнению требований по электромагнитной совместимости из-за большого уровня излучения сбойного элемента. При этом в качестве источника сбоев могут выступить такие элементы, как соединители, различные линии связи (интерфейсные, шины питания, заземления), контактирующие устройства больших и сверхбольших интегральных схем, контактные дорожки печатных плат, включая многослойные, клейменые колодки, места паек, металлизированные отверстия и т.д.

Методы активного обнаружения и регистрации сбоев включает в себя как бесконтактные, так и контактные методы, достаточно подробно проработанные. Они имеют значительный (до 10-15 лет) отечественный приоритет и широко известны. [3].

Первый метод реализуется посредством приема и регистрации излучаемого сбойного сигнала. Особенность метода - его работа как на непрерывных (аналоговых), так и на дискретных (импульсных или цифровых) сигналах. Введение в состав аппаратуры бесконтактных датчиков сбоя, имеющих рабочий диапазон частот до 3,5 - 3,7 ГГц, позволяет обнаружить и своевременно зарегистрировать сбои в вышеперечисленных узлах и элементах аппаратуры.

Для отдельных видов контроля (в рабочем режиме, автоматизированный контроль) целесообразно использовать дифференциальный метод регистрации сбоев, основанный на дифференцировании проходящего

через участок сбоя сигнала. Метод реализован с помощью дифференцирующей цепи, встроенной в проверяемую аппаратуру. Продемонстрируем это на примере структурной схемы лага. [4].

Рис. 3. Преобразованная структурная схема гидродинамического лага

Рис.4. Сбойное состояние электрических проводников

Логический элемент И-НЕ в сущности и представляет собой дифференцирующую компоненту и является в своем роде контактным датчиком сбоя.

В отличие от известных методов, регистрирующих только два отказных состояния аппаратуры (обрыв и короткое замыкание), в данном случае регистрируется и третье промежуточное состояние, характеризуемое как сбойное (рис.4). Информационном признаком, позволяющим регистрировать такое состояние, является повышенное значение напряжения сбойного сигнала, превышающего номинальное напряжение питания интегральной микросхемы (например, 5 В) за счет появления емкостной составляющей в распределенных элементах (линиях связи) и фиксируемое например, приемником сигналов с повышенным (до десятков мега-ом) сопротивлением (например, микросхемы КМОП - структуры). [5].

Анализ проведенных аппаратных и программных исследований сбоев (в частности моделирование) показал правильность и эффективность предложенных методов.

Дальнейшие исследования, по-видимому, целесообразно проводить в направлении повышения точности распознавания сбойных сигналов при снижении их уровня, а также при наличии многократных сбоев, действующих в аппаратуре.

ЛИТЕРАТУРА

1. С.П. Дмитриев, Н.В. Колесов, А.В. Осипов, «Информационная надежность, контроль и диагностика навигационных систем», ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», Санкт-Петербург, 2004.

2. В.Н. Дианов «Контроль и диагностика сбоев современных систем автоматики», «Тяжелое машиностроение», 2006, №7, с. 23-26.

3. В.Н. Дианов «Диагностика сбоев в электронной аппаратуре», «Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана», Сер. «Приборостроение», 2 0 07, №2, с. 16-47.

4. «Принцип устройства и работы гидродинамических лагов»,

http://podlodka.info/content/view/4 04/207.

5. В.Н. Дианов, А.А. Черняев, К.В. Плюшкин, А.А. Саркисов, Д.В. Власов «Способ и устройство обнаружения источников сбоев в датчиках-расходомерах», патент RU 2 296 952 C2, бюл. № 10 от 10.04.2007.