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[摘要]为提高某型装备电路板的维修保障效率，设计了基于DAQ的便携式电路板测试系统。介绍了系统的硬件组成和工作原理，在分析激励发生、响应采集、数据处理等方面技术的基础上，讨论了故障诊断系统的设计。应用表明，该系统操作方便、便于携带，能够实现连续的数据采集、多任务同时执行、数字滤波、波形对比等功能。
[关键词]虚拟仪器；数据采集；数据处理；便携式；测试系统
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0169-02
引言
某型装备电路板的维修和测试以往都是由技术人员采用普通仪器仪表完成，测试过程中存在着测量时间不同步、人为因素影响大、工作效率低等缺点。由于测试项目繁多，对技术人员的要求高，且测试设备多、体积较大，不便携行。因此，开发了一种基于DAQ的便携式电路板测试系统。与传统测试方法相比，本系统测试过程完全由计算机自动完成，具有测试速度快、精度高，操作简单，携带方便，成本低等优点，提高了装备等级修理及保障能力。
1、系统原理及组成
本系统以LabWindows/CVI作为软件开发平台，与其他通用编程平台相比，它的集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的库函数大大增强了语言的功能，尤其是其高级分析库中的信号处理功能，可以方便地对采集的数据进行数据分析和处理。
基于DAQ的便携式电路板测试系统原理如图l所示。该系统以多功能数据采集设备（NI USB-6259）以及计算机为仪器硬件平台，通过数据处理，利用诊断系统对电路板进行测试。
2、激励发生与响应采集
测试系统利用多功能数据采集设备实现电路板测试激励的发生与响应的采集功能。NI USB-6259 DAQ设备在USB，总线上具有全新的平行和同步数据流技术，还包括PCI/PXI接ElM系列产品的类似特性：高达32～16位、1.25MS/s模拟输入通道；4路6位、2.8MS/s模拟输出通道；32路自有时钟和相互关联的数字I/O通道；以及2个定时计数器。开发人员可以利用集成的接线盒直接连接信号。
DAQ激励发生與响应采集由六个功能模块组成，分别是任务选择模块、模拟信号产生模块、模拟信号采集模块、数字信号产生模块、数字信号采集模块和同步触发信号产生模块，其界面如图2所示。实现功能有：
（1）任务选择
测试分为模拟信号产生、模拟信号采集、数字信号产生、数字信号采集和同步触发信号产生五个任务，系统根据测试需要，选择相应任务。
（2）模拟信号产生
模拟信号产生模块在触发信号到达后产生测试所需模拟激励信号。激励信号波形类型根据测试所需的模拟激励信号编程实现，信号的频率、幅度和每个缓冲的波形数量可选择。
（3）模拟信号采集
模拟信号采集模块在触发后实现模拟信号的采集功能，信号采集的物理通道、时钟源、采样速率和采样点数可选择。为实现模拟激励信号发生和采集的同步，应选择同一触发源和时钟源。
（4）数字信号产生
该模块实现数字激励信号的发生功能。通道的数量和拍数根据被测对象所需的信号数量和长度选择。点击“数字波形编辑”按钮，进入数字波形编辑界面，可根据测试向量方便地编辑数字激励信号波形。
（5）数字信号采集
数字信号采集模块实现数字信号的采集功能，信号采集的物理通道、时钟源、采样速率和采样点数可选择。为实现数字激励信号产生和电路板响应采集的同步，应和数字信号产生模块选择同一时钟源。
（6）同步触发信号
同步触发信号提供模拟信号产生和采集的同步触发信号、数字信号生成和采集的同步时钟信号，该模块还可以为其他测试仪器设备提供外部触发信号。
3、数据处理
数据处理模块实现采样信号的预处理，并在此基础上进行数据分析。利用LabWindows/CVI高级分析库中的信号处理功能，可以对采集的数据进行时域分析、频域分析、数字滤波和加窗操作。
（1）时域分析：主要是时域波形显示、波形特征值的计算（包括计算采集信号的峰峰值、均值和方差等）、相位分析（包括测点信号的相位随时间变化及不同测点之间的相位差）、自相关分析（检查信号中是否含有周期成分和互相关分析（噪声背景下提取有用信息）等。
（2）频域分析：将整周期采集的信号进行快速傅立叶变换，得到采集信号的频谱。主要有幅值谱分析、功率谱分析以及频谱图的计算和显示等。
（3）数字滤波：对采集信号进行数字滤波，去除混叠的频率成分。
（4）加窗：根据数据处理需要，选择加窗函数，包括汉明窗、海宁窗、切比雪夫窗等。
4、系统测试
4.1 系统测试流程
系统测试流程如图3N示。
4.2 诊断系统结构
诊断系统主要包括人机接口、信息获取、知识获取、知识库、综合数据库、推理机和解
释器七个部分，其结构如图4所示。
（1）人机接口
人机接口负责把用户输入的某型装备电路板的有关信息转换成系统内规范化的表示形式，然后把这些内部表示交给相应的模块去处理。系统输出的内部信息也由人机接口转换成用户易于理解的外部表示形式显示给用户。
（2）信息获取
信息获取模块通过主动、被动和交互等方式获取诊断信息。
（3）知识获取
知识获取模块由一组程序组成，用于把某型装备电路板的知识输入到知识库中，并负责维持知识的一致性及完整性，建立起良好的知识库。
（4）知识库
知识库贮存的从领域专家那里得到的有关某型装备电路板的诊断知识、经验。 （5）综合数据库
数据库用于存放诊断系统当前工作已知的一些隋况、用户提供的事实和由推理得到的中间结果。
（6）推理机
推理机是专家系统的核心部件，在问题求解的过程中控制推理的进行。它使用知识库中的知识，运用推理策略，进行问题的求解。本系统采用目标驱动、启发式深度优先搜索策略的推理机制，通过规则线性排序，在推理中，可利用关键字匹配以决定利用哪一个规则组或规则集进行推理，选择最先匹配成功的方法解决问题。
（7）解释器
解释机制的设计原理就是基于知识和知识表达，依据规则的推理而实现的。本系统采用追踪解释法，该方法是通过重新显示系统问题求解过程的推理路径和知识库中知识的运用状况对系统进行解释的。这种方法的实质是从系统运行的角度来解释说明系统的动作和行为。
4.3 故障診断策略
对于该型装备电路板，采用故障树分析法进行故障诊断。首先利用故障树编辑工具建立电路板的故障树，在故障诊断时根据故障树信息自动引导测试人员对电路板进行探测录取数据，与事先利用实板仿真获取的正确数据进行对比，进行故障定位。
对于模拟电路板通过模糊规则推理，建立故障诊断专家系统，具体步骤如下：
（1）建立诊断权矩阵：诊断权矩阵一般是在集中多位领域专家的经验基础上建立的，并可在以后的运转过程中通过实例学习进一步精确化。
（2）确定模糊诊断矩阵算法：通过某些征兆的隶属度来求出各种故障原因的隶属度。
（3）建立基于规则的专家系统：集中多位领域专家的经验，将这些经验转化为规则。
（4）进行合成运算确定可疑原因：对各种故障原因进行过滤，把隶属度较小的故障原因首先滤掉，保留隶属度相对大者。
（5）确定真正的故障原因：对可疑的故障原因进行规则推理，通过验证确定真正的故障原因。
5、结论
基于DAO的便携式电路板测试系统利用应用软件将计算机与DAQ设备结合起来，通过功能模块化、软件化，达到了自动测试的目的。测试人员可以通过图形化界面对被测对象进行施加激励、数据采集、数据分析与处理、故障诊断、数据存储及控制输出等操作。应用表明，该系统具有测试速度快、操作简单、便于携带等优点，提高了装备维修保障的水平。
[关键词]虚拟仪器；数据采集；数据处理；便携式；测试系统
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）06-0169-02
引言
某型装备电路板的维修和测试以往都是由技术人员采用普通仪器仪表完成，测试过程中存在着测量时间不同步、人为因素影响大、工作效率低等缺点。由于测试项目繁多，对技术人员的要求高，且测试设备多、体积较大，不便携行。因此，开发了一种基于DAQ的便携式电路板测试系统。与传统测试方法相比，本系统测试过程完全由计算机自动完成，具有测试速度快、精度高，操作简单，携带方便，成本低等优点，提高了装备等级修理及保障能力。
1、系统原理及组成
本系统以LabWindows/CVI作为软件开发平台，与其他通用编程平台相比，它的集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的库函数大大增强了语言的功能，尤其是其高级分析库中的信号处理功能，可以方便地对采集的数据进行数据分析和处理。
基于DAQ的便携式电路板测试系统原理如图l所示。该系统以多功能数据采集设备（NI USB-6259）以及计算机为仪器硬件平台，通过数据处理，利用诊断系统对电路板进行测试。
2、激励发生与响应采集
测试系统利用多功能数据采集设备实现电路板测试激励的发生与响应的采集功能。NI USB-6259 DAQ设备在USB，总线上具有全新的平行和同步数据流技术，还包括PCI/PXI接ElM系列产品的类似特性：高达32～16位、1.25MS/s模拟输入通道；4路6位、2.8MS/s模拟输出通道；32路自有时钟和相互关联的数字I/O通道；以及2个定时计数器。开发人员可以利用集成的接线盒直接连接信号。
DAQ激励发生與响应采集由六个功能模块组成，分别是任务选择模块、模拟信号产生模块、模拟信号采集模块、数字信号产生模块、数字信号采集模块和同步触发信号产生模块，其界面如图2所示。实现功能有：
（1）任务选择
测试分为模拟信号产生、模拟信号采集、数字信号产生、数字信号采集和同步触发信号产生五个任务，系统根据测试需要，选择相应任务。
（2）模拟信号产生
模拟信号产生模块在触发信号到达后产生测试所需模拟激励信号。激励信号波形类型根据测试所需的模拟激励信号编程实现，信号的频率、幅度和每个缓冲的波形数量可选择。
（3）模拟信号采集
模拟信号采集模块在触发后实现模拟信号的采集功能，信号采集的物理通道、时钟源、采样速率和采样点数可选择。为实现模拟激励信号发生和采集的同步，应选择同一触发源和时钟源。
（4）数字信号产生
该模块实现数字激励信号的发生功能。通道的数量和拍数根据被测对象所需的信号数量和长度选择。点击“数字波形编辑”按钮，进入数字波形编辑界面，可根据测试向量方便地编辑数字激励信号波形。
（5）数字信号采集
数字信号采集模块实现数字信号的采集功能，信号采集的物理通道、时钟源、采样速率和采样点数可选择。为实现数字激励信号产生和电路板响应采集的同步，应和数字信号产生模块选择同一时钟源。
（6）同步触发信号
同步触发信号提供模拟信号产生和采集的同步触发信号、数字信号生成和采集的同步时钟信号，该模块还可以为其他测试仪器设备提供外部触发信号。
3、数据处理
数据处理模块实现采样信号的预处理，并在此基础上进行数据分析。利用LabWindows/CVI高级分析库中的信号处理功能，可以对采集的数据进行时域分析、频域分析、数字滤波和加窗操作。
（1）时域分析：主要是时域波形显示、波形特征值的计算（包括计算采集信号的峰峰值、均值和方差等）、相位分析（包括测点信号的相位随时间变化及不同测点之间的相位差）、自相关分析（检查信号中是否含有周期成分和互相关分析（噪声背景下提取有用信息）等。
（2）频域分析：将整周期采集的信号进行快速傅立叶变换，得到采集信号的频谱。主要有幅值谱分析、功率谱分析以及频谱图的计算和显示等。
（3）数字滤波：对采集信号进行数字滤波，去除混叠的频率成分。
（4）加窗：根据数据处理需要，选择加窗函数，包括汉明窗、海宁窗、切比雪夫窗等。
4、系统测试
4.1 系统测试流程
系统测试流程如图3N示。
4.2 诊断系统结构
诊断系统主要包括人机接口、信息获取、知识获取、知识库、综合数据库、推理机和解
释器七个部分，其结构如图4所示。
（1）人机接口
人机接口负责把用户输入的某型装备电路板的有关信息转换成系统内规范化的表示形式，然后把这些内部表示交给相应的模块去处理。系统输出的内部信息也由人机接口转换成用户易于理解的外部表示形式显示给用户。
（2）信息获取
信息获取模块通过主动、被动和交互等方式获取诊断信息。
（3）知识获取
知识获取模块由一组程序组成，用于把某型装备电路板的知识输入到知识库中，并负责维持知识的一致性及完整性，建立起良好的知识库。
（4）知识库
知识库贮存的从领域专家那里得到的有关某型装备电路板的诊断知识、经验。 （5）综合数据库
数据库用于存放诊断系统当前工作已知的一些隋况、用户提供的事实和由推理得到的中间结果。
（6）推理机
推理机是专家系统的核心部件，在问题求解的过程中控制推理的进行。它使用知识库中的知识，运用推理策略，进行问题的求解。本系统采用目标驱动、启发式深度优先搜索策略的推理机制，通过规则线性排序，在推理中，可利用关键字匹配以决定利用哪一个规则组或规则集进行推理，选择最先匹配成功的方法解决问题。
（7）解释器
解释机制的设计原理就是基于知识和知识表达，依据规则的推理而实现的。本系统采用追踪解释法，该方法是通过重新显示系统问题求解过程的推理路径和知识库中知识的运用状况对系统进行解释的。这种方法的实质是从系统运行的角度来解释说明系统的动作和行为。
4.3 故障診断策略
对于该型装备电路板，采用故障树分析法进行故障诊断。首先利用故障树编辑工具建立电路板的故障树，在故障诊断时根据故障树信息自动引导测试人员对电路板进行探测录取数据，与事先利用实板仿真获取的正确数据进行对比，进行故障定位。
对于模拟电路板通过模糊规则推理，建立故障诊断专家系统，具体步骤如下：
（1）建立诊断权矩阵：诊断权矩阵一般是在集中多位领域专家的经验基础上建立的，并可在以后的运转过程中通过实例学习进一步精确化。
（2）确定模糊诊断矩阵算法：通过某些征兆的隶属度来求出各种故障原因的隶属度。
（3）建立基于规则的专家系统：集中多位领域专家的经验，将这些经验转化为规则。
（4）进行合成运算确定可疑原因：对各种故障原因进行过滤，把隶属度较小的故障原因首先滤掉，保留隶属度相对大者。
（5）确定真正的故障原因：对可疑的故障原因进行规则推理，通过验证确定真正的故障原因。
5、结论
基于DAO的便携式电路板测试系统利用应用软件将计算机与DAQ设备结合起来，通过功能模块化、软件化，达到了自动测试的目的。测试人员可以通过图形化界面对被测对象进行施加激励、数据采集、数据分析与处理、故障诊断、数据存储及控制输出等操作。应用表明，该系统具有测试速度快、操作简单、便于携带等优点，提高了装备维修保障的水平。