秦啟森

[摘 ? ?要]故障樹(shù)的分析方法是故障診斷和查找的有效方法，文章針對(duì)某型溫壓復(fù)合傳感器的電磁兼容故障，建立故障樹(shù)，并引入動(dòng)態(tài)故障樹(shù)，將可能的故障模式列舉出來(lái)，并通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)的方法，驗(yàn)證理論分析的可行性與準(zhǔn)確性，對(duì)于故障樹(shù)的理論分析進(jìn)行很好的驗(yàn)證。

[關(guān)鍵詞]復(fù)合傳感器;電磁兼容;故障分析

[中圖分類(lèi)號(hào)]TN03 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）03–0–03

Electromagnetic Compatibility Fault Analysis of Temperature and

Pressure Composite Sensor Based on Dynamic Fault Tree

Qin Qi-sen

[Abstract]The analysis method of fault tree is an effective method for fault diagnosis and search. In this paper， a fault tree is established for the electromagnetic compatibility fault of a certain type of temperature and pressure composite sensor， and a dynamic fault tree is introduced. The possible fault modes are listed and simulated The feasibility and accuracy of the theoretical analysis are verified by the method of experiment. The theoretical analysis of the fault tree is well verified.

[Keywords]composite sensor; electromagnetic compatibility; fault analysis

1 概述

本文利用故障樹(shù)與動(dòng)態(tài)故障樹(shù)的分析方法對(duì)某型溫壓復(fù)合傳感器的電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行究，分析系統(tǒng)的故障模式與概率，更高效率地對(duì)電子設(shè)備電磁兼容故障進(jìn)行查找與定位，從而更快地找到故障原因，為方法的工程應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

2 溫壓復(fù)合傳感器的系統(tǒng)組成與工作原理

某溫壓復(fù)合傳感器為某機(jī)上氧氣系統(tǒng)配套，用來(lái)測(cè)量復(fù)材氧氣瓶瓶體內(nèi)氣體的溫度和壓力，并反饋在儀表盤(pán)上。在飛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，存在溫壓儀表盤(pán)讀數(shù)不準(zhǔn)確，無(wú)法正確反饋復(fù)材氧氣瓶?jī)?nèi)部氣體溫度和壓力的數(shù)值的情況，判斷為溫壓復(fù)合傳感器存在電磁兼容故障。如圖1所示，為其工作環(huán)境。

3 溫壓復(fù)合傳感器的電磁兼容故障樹(shù)的建立

通過(guò)對(duì)溫壓復(fù)合傳感器的組成及工作環(huán)境的研究，對(duì)其電磁兼容三要素進(jìn)行分析，從而建立電磁兼容故障樹(shù)。故障樹(shù)分為靜態(tài)子樹(shù)與動(dòng)態(tài)子樹(shù)。故障樹(shù)的建立步驟為：

（1）確立故障樹(shù)頂事件。

（2）將電磁兼容故障分為兩大類(lèi)作為中間事件，即傳導(dǎo)干擾與輻射干擾。

（3）根據(jù)電磁兼容三要素，確立兩種耦合途徑各自的底事件。

本文分析思路如圖2所示。

在傳感器系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)并安裝有溫壓復(fù)合芯體備件電路。因此，溫壓復(fù)合芯體存在以下的故障關(guān)系：當(dāng)主芯體即芯體1電路故障或失效時(shí)，備件芯體2電路接替其繼續(xù)工作，溫壓復(fù)合芯體能夠正常工作;當(dāng)主芯體失效，并且備件芯體失效時(shí)，那么溫壓復(fù)合芯體無(wú)法正常工作。

最終，建立的總體的溫壓復(fù)合傳感器電磁兼容故障樹(shù)，如圖3示?？傮w的故障樹(shù)包括了動(dòng)態(tài)子樹(shù)與靜態(tài)子樹(shù)，本文提出將動(dòng)態(tài)子樹(shù)與靜態(tài)子樹(shù)分別分析，并將分析結(jié)果綜合，進(jìn)行結(jié)合分析的方法，從而得到動(dòng)態(tài)子樹(shù)與靜態(tài)子樹(shù)的綜合分析結(jié)果。

4 定性分析

定性分析是：根據(jù)故障樹(shù)中每個(gè)事件（包括頂事件、中間事件與底事件）的關(guān)系，通過(guò)邏輯運(yùn)算的方式，將事件之間用式子表達(dá)出來(lái)，從而求得引起故障樹(shù)頂事件發(fā)生的最小割集。這些最小割集就是導(dǎo)致故障樹(shù)頂事件發(fā)生的底事件組合。本文采用下行法求故障樹(shù)的最小割集。

用符號(hào)將故障樹(shù)中的每1個(gè)事件表示出來(lái)，以便后文的分析，如表1所示。

故障事件X25為前文中溫壓復(fù)合芯體電磁兼容動(dòng)態(tài)子樹(shù)的輸出事件，代表的故障模式為：溫壓芯體1電路故障→備件芯體2電路故障→溫壓復(fù)合芯體故障。根據(jù)下行法，將事件之間的邏輯關(guān)系用等式表達(dá)出來(lái)，得到最終的所有最小割集。

根據(jù)上述分析，引起故障樹(shù)頂事件發(fā)生的最小割集共有150個(gè)，這些最小割集均可能導(dǎo)致溫壓復(fù)合傳感器發(fā)生故障導(dǎo)致儀表盤(pán)讀數(shù)有誤，無(wú)法正確反饋出復(fù)材氧氣瓶?jī)?nèi)氣體的溫度和壓力，均是溫壓復(fù)合傳感器電磁兼容故障的故障模式。但由于最小割集的數(shù)量較多，依次檢查工作量巨大，過(guò)程繁瑣，因此，需要對(duì)最小割集進(jìn)行定量分析，計(jì)算其重要度，并根據(jù)最小割集的重要度從大到小排序，依次進(jìn)行診斷檢查，從而更加快速、更有效率地找出故障。

5 定量分析

故障樹(shù)定量分析的目的是根據(jù)底事件的發(fā)生概率，對(duì)頂事件的發(fā)生概率進(jìn)行計(jì)算，得到系統(tǒng)的可靠度，并對(duì)最小割集的概率進(jìn)行計(jì)算，從而求出最小割集的重要度，最小割集的重要度說(shuō)明的是該最小割集在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，其導(dǎo)致故障的比重。通過(guò)最小割集重要度。對(duì)故障的可能進(jìn)行有根據(jù)的排序，更加快速、更有效率地進(jìn)行故障診斷。計(jì)算步驟如下。

（1）第一層頂事件為或門(mén)，帶入布爾表達(dá)式得到：

T=M1+M2 （1）

（2）第二層為各中間事件以及或門(mén)，帶入布爾表達(dá)式得到：

M1=M3M4M5 （2）

M2=M7M8M9 （3）

（3）第三層為各底事件以及或門(mén)，帶入布爾表達(dá)式得到：

M3=X1+X2+X3+X4 （4）

M4=X5+X6+X25 （5）

M5=X7+M6+X11 （6）

M7=X12+X13+X14+X15+X16+X17+X18+X19+X20+X21（7）

M8=X5+X6+X25 （8）

M9=X22+X23+X24 （9）

（4）第四層為一組底事件以及或門(mén)，帶入布爾表達(dá)式得到：

M6=X8+X9+X10 （10）

根據(jù)前文所建立的完整故障樹(shù)，對(duì)頂事件的發(fā)生概率進(jìn)行計(jì)算。

（5）最小割集重要度反映的是該最小割集對(duì)系統(tǒng)故障發(fā)生的貢獻(xiàn)大小，也即這些故障模式相對(duì)影響的大小，最小割集重要度計(jì)算公式為：

（11）

求出最小割集重要度的目的即是對(duì)每個(gè)最小割集進(jìn)行進(jìn)行重要度大小的排序，找出薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù)重要度從高到低依次進(jìn)行故障檢查。

6 蒙特卡洛仿真的模型評(píng)估

本文利用蒙特卡洛法，基本思想是，根據(jù)前文中底事件服從的故障概率，對(duì)各個(gè)事件的出現(xiàn)時(shí)間進(jìn)行隨機(jī)抽樣，將得到的抽樣結(jié)果作為推進(jìn)點(diǎn)，并對(duì)推進(jìn)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的評(píng)估與參數(shù)的計(jì)算，在到達(dá)最大仿真時(shí)間時(shí)停止，并逐漸增加仿真的時(shí)間與抽樣次數(shù)。

在不同時(shí)間下，將本文方法的結(jié)果與基于蒙特卡洛仿真方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。

結(jié)果表明，利用仿真的方法得到的結(jié)果與本文方法基本一致，曲線(xiàn)擬合，數(shù)值誤差很小，本文所采取的動(dòng)態(tài)故障樹(shù)分析法，可以有效地對(duì)電子設(shè)備的電磁兼容故障進(jìn)行建模與計(jì)算分析，且結(jié)果具有良好的準(zhǔn)確性。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文剖析了某溫壓復(fù)合傳感器系統(tǒng)與所處工作環(huán)境的電磁兼容三要素，并根據(jù)其部件關(guān)系確定使用備件門(mén)表示溫壓復(fù)合芯體及其備件的失效模式，以自上而下地對(duì)溫壓復(fù)合傳感器的電磁兼容故障樹(shù)進(jìn)行建立，并對(duì)故障樹(shù)進(jìn)行定性和定量分析。最后，利用蒙特卡洛仿真的方法，對(duì)溫壓復(fù)合傳感器系統(tǒng)電磁兼容故障概率進(jìn)行仿真，通過(guò)仿真得到的概率與本文故障樹(shù)分析法的故障概率進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證本文方法的有效性，與傳統(tǒng)查找電磁兼容故障的枚舉、排除法相比，提高故障查找命中率，對(duì)故障診查找有著指導(dǎo)作用。

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