电子仪器仪表的细节问题和故障诊断十法
发布日期：2014-12-25 浏览次数：1466
中国电子测量技术经过40多年的发展，为我国国民经济、科学教育、特别是国防军事的发展做出了巨大贡献.随着世界高科技发展的潮流，中国电子测量仪器也步入了高科技发展的道路，特别是经过“九五”期间的发展，我国电子测量技术在若干重大科技领域取得了突破性进展，为我国电子测量仪器走向世界水平奠定了良好的基础。进入21世纪以来，科学技术的发展已难以用日新月异来描述。新工艺、新材料、新的制造技术催生了新的一代电子元器件，同时也促使电子测量技术和电子测量仪器产生了新概念和新发展趋势。
测试技术现状及其存在的问题
现在人们通过实践已越来越认识到测试技术的重要性，国内测试技术也已有了很大的发展，现在已基本上采用了标准化、模块化设计体制.已从CAMAC、PC总线、STD总线向VXI、PXI总线发展，从堆叠式测试系统向标准化、模块化测试系统发展，并先后研制出国产化VXI模件、VXI测试系统及PXI系统，使我国测试系统技术水平逐步进入国际先进行列。
在航天器、武器系统的单元系统中也设计了自检测功能，但在实用的自动测试系统中，尤其在武器系统的测试中，缺少实用的人工智能测试技术，故障诊断水平低、实用性差、网络化水平低。
从测试体制的变革方面，国内尚没有边缘扫描技术和完善的智能内装测试系统.因此，与国外存在比较大的差距，国外20世纪八十年代末，九十年代初即提出了内装测试系统和可测试性概念，随后研制出了设备，并制订出了相应标准.近年来中国测量技术的可靠性和稳定性问题得到了很多方面的重视，状况有了很大改观.测试技术行业目前已经越过低谷阶段，重新回到了快速发展的轨道，尤其最近几年，中国本土测量技术取得了长足的进步，特别是通用电子测量设备和汽车电子设备的研发方面，与国外先进产品的差距正在快速缩小，对国外电子仪器巨头的垄断造成了一定的冲击.随着模块化和虚拟技术的发展，为中国的测试测量仪器行业带来了新的契机，加上各级政府日益重视，以及中国自主应用标准研究的快速进展，都在为该产业提供前所未有的动力和机遇。
从中国电子信息产业统计年鉴中可以看出，中国的测试测量仪器每年都以超过30%以上的速度在快速增长.在此快速增长的过程中，无疑催生出了许多测试行业新创企业，也催生出了一批批可靠性和稳定性较高的产品.拥有中国该领域唯一重点实验室的中国电子集团公司第41研究所，凭借着本土测试领域的龙头地位，通过属下的青岛兴仪电子设备有限责任公司，成功地实现了由技术到产品的转化，开发出了多款具有很高技术水平的产品。该所研制出的高纯微波合成信号发生器、微波噪声系数分析仪、便携式射频频谱分析仪、2.5Gb/sSDH/PDH数字传输分析仪、高性能的光通讯设备，包括光谱分析仪和高性能微型光时域反射计，还有高速数字示波器等，目前都已经形成比较完整的产品系列。
其中AV1489型高纯微波合成信号发生器采用全正向设计方法，突破了高纯度微波频率合成等多项关键技术；AV3984型微波噪声分析仪突破了智能微波噪声源等多项关键术；AV4022型便捷式射频频谱分析仪突破了小型化设计与制造等关键技术，还有高性能的AV3600系列的宽带矢量网络分析仪，DT系列数字电视码流实时检测仪等.另外，该所还与海信集团一道，研制出了数字电视全部四个层次上的测试仪器.无疑这对中国的数字电视产业的发展将起到很大的推动作用.这些仪器除了能解决所有通用协议分析外以及物理层的各种指标的测试外，还有一个很重要的特点，就是结合中国数字电视标准和特点，保留了很好的可升级性.
电子测量技术发展方向
电子测量技术逐步接近国际先进水平
我国测试技术已经进入标准化设计阶段，而且已采用了工业界先进的计算机I/O总线标准和数字化总线仪器总线相结合的标准，逐步接近国际先进水平但如何进一步发展，发展的主要内容是什么，这是摆在从事测试技术的每个工程人员需要认真思索的问题。
展望电子测量技术的未来
随着现代科学技术与工业生产的发展，对测量提出了更高的要求。快速、实时、精确、自动的测量已成现代测量技术的发展主流。可以说没有测量就不可能有信号的分析与处理，信息的获取成为一句空话，基于信息之上的信息技术与计算机技术就成为了无源之水。而电子测量技术凭借其诸多优势成为现代测量技术的主角，在信息获取与工业控制方面发挥着不可替代的作用。
20世纪是基于大规模集成电路发展的重要时期，它同时也带来了电子测量仪器技术的革命。由于大规模集成电路的大量应用，使得现代电子测量仪器体积更小、功能更全面、可靠性更高、功耗更低。同样，计算机技术与软件技术的发展为电子测量本质上的飞跃。
电子测量技术的发展趋势
网络化与模块化
由于测量仪器的接口标准的统一和总线技术的发展，电子测量仪器逐渐与计算机融为一体。多台测量仪器间的数据共享和相互控制通过总线和标准接口与一台计算机相连构成网络而实现。同时由于仪器的模块化，降低了成本，提高了应用灵活性，大大优化了性价比。
虚拟软件化
从发展史来看，电子测量仪器经历了从模拟仪器、智能仪器到虚拟仪器的历程，其中每次飞跃都是以计算机技术的进步为动力。随着计算机技术一日千里的发展，用微机进行数字化动静态测试分析的理想终于成为现实。其中的几个关键技术包括微机的精度、速度；模数转换的精度、速度；内存、硬盘的存储量和速度；计算机与A/D的价格问题等都已解决.加之各种功能的专用软件迅速发展，一种全新技术应运而生——虚拟仪器（VirtualIstrument，简称VI）。VI技术的开发和应用源于1986年美国NI公司设计的labview，它是一种基于图形的开发、调试和运行程序的集成化环境，实现了VI的概念。NI提出的“软件即仪器”彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定用户无法改变的局面。
高度智能化
随着尖端科技（如航空航天、武器工程）及高危险性工程的发展需要，对电子测量技术的智能程度不断提高。而近些年计算机领域的嵌入式技术发展为电子测量仪器的智能提升提供了良好的条件。近些年嵌入式芯片层出不穷如FPGA、ARM、CPLD等，它们以高可靠性、高稳定性、快速性立即应用于电子测量仪器中。这些基于微型计算机处理技术的微处理器使测量仪器的测量方法多样化、测量实时化和高度的智能化。
由于测量仪器的接口标准的统一和总线技术的发展，电子测量仪器逐渐与计算机融为一体。多台测量仪器间的数据共享和相互控制通过总线和标准接口与一台计算机相连构成网络而实现。同时由于仪器的模块化，降低了成本，提高了应用灵活性，大大优化了性价比。
21世纪的电子测量仪器随着芯片技术和DSP技术的发展将达到前所未有的高性能，随着计算机技术与仪器的进一步融合，仪器的易操作性，易升级性，测量能力，数据处理和分析能力，都得到了大幅度提高。与此同时，软件工程与网络技术正越来越多地被应用到各个领域，仿真技术的发展也为电子测量提供了更加强大和方便的工具。总之，电子测量技术的发展是多学科、多领域发展的共同结晶，同时他们之间又相互的为彼此服务，共同发展。
决定国产仪器成败的13个细节问题
前段时间，中国仪器仪表学会分析仪器分会理事长关亚风提到：“两年前，我向多家国产仪器制造商提出了13个仪器设计过程中的细节问题，希望他们能够给出答案，但是直到今天为止，我没有得到任何一家国产仪器制造商的反馈。没办法，今天借此机会，我就‘自问自答’来给出这13个问题的答案。”
这13个细节问题集中在仪器研发过程中的电子电路设计、材料选择、光学设计等3个环节。
其中，电子电路设计方面的6个问题包括印刷电路板（PCB）的体电阻和表面电阻、PCB板上焊点的微小电阻和温度系数对电桥的影响、焊点热电偶产生的电动势以及该电动势的温度系数、插接头接触电阻、铜导线电阻的温度系数等。
仪器选材方面的4个问题则包括材料的热导率、材料的热膨胀系数、材料的形变—内应力和冷流特性、材料的化学性能等。
光学设计中的3个问题包括光学玻璃器件内的微气泡和杂质、光路器壁的反射、光路密封等。
乍看之下，这些都是一些微不足道的小细节，很容易被仪器设计人员忽视，“但正是这些小细节决定了国产仪器的成败。”关亚风最后强调到。
电子类仪器仪表故障诊断十法（个人经验谈）
仪器仪表电路维修在电子类的公司里从来都是不可缺少的一部分。因为只有通过它才能让原本不合格的产品最终出厂。然而，维修也是电子公司中最为复杂的一部分。因为它不仅要运用到许多电子专业知识，有时也需要有丰富的现场经验。下面就我个人多年来总结的维修经验与感兴趣的朋友分享一下。
1、敲击手压法
经常会遇到仪器运行时好时坏的现象，这种现象绝大多数是由于接触不良或虚焊造成的。对于这种情况可以采用敲击与手压法。
所谓的“敲击”就是对可能产生故障的部位，通过小橡皮鎯头或其他敲击物轻轻敲打插件板或部件，看看是否会引起出错或停机故障。所谓“手压”就是在故障出现时，关上电源后对插的部件和插头和座重新用手压牢，再开机试试是否会消除故障。如果发现敲打一下机壳正常，再敲打又不正常时，最好先将所有接头重插牢再试，若伤脑筋不成功，只好另想办法了。
2、观察法
利用视觉、嗅觉、触觉。某些时候，损坏了的元件会变色、起泡或出现烧焦的斑点；烧坏的器件会产生一些特殊的气味；短路的芯片会发烫；用肉眼也能观察到虚焊或脱焊处。
3、排除法
所谓的排除法是通过拔插机内一些插件板、器件来判断故障原因的方法。当拔除某一插件板或器件后仪表恢复正常，就说明故障发生在那里。
4、替换法
要求有两台同型号的仪器或有足够的备件。将一个好的备品与故障机上的同一元器件进行替换，看故障是否消除。
5、对比法
要求有两台同型号的仪表，并有一台是正常运行的。使用这种方法还要具备必要的设备，例如，万用表、示波器等。按比较的性质分有，电压比较、波形比较、静态阻抗比较、输出结果比较、电流比较等。
具体方法是：让有故障的仪表和正常仪表在相同情况下运行，而后检测一些点的信号再比较所测的两组信号，若有不同，则可以断定故障出在这里。这种方法要求维修人员具有相当的知识和技能。
6、升降温法
有时，仪表工作较长时间，或在夏季工作环境温度较高时就会出现故障，关机检查正常，停一段时间再开机又正常，过一会儿又出现故障。这种现象是由于个别IC或元器件性能差，高温特性参数达不到指标要求所致。为了找出故障原因，可采用升降温法。
所谓降温，就是在故障出现时，用棉纤将无水酒精在可能出故障的部位抹擦，使其降温，观察故障是否消除。所谓升温就是人为地将环境温度升高，比如用电烙铁放近有疑点的部位（注意切不可将温度升得太高以致损坏正常器件）试看故障是否出现。
7、骑肩法
骑肩法也称并联法。把一块好的IC芯片安在要检查的芯片之上，或者把好的元器件（电阻电容、二极管、三极管等）与要检查的元器件并联，保持良好接触，如果故障出自于器件内部开路或接触不良等原因，则采用这种方法可以排除。
8、电容旁路法
当某一电路产生比较奇怪的现象，例如显示器混乱时，可以用电容旁路法确定大概出故障的电路部分。将电容跨接在IC的电源和地端；对晶体管电路跨接在基极输入端或集电极输出端，观察对故障现象的影响。如果电容旁路输入端无效而旁路它的输出端时故障现象消失，则确定故障就出现在这一级电路中。
9、状态调整法
一般来说，在故障未确定前，不要随便触动电路中的元器件，特别是可调整式器件更是如此，例电位器等。但是如果事先采取复参考措施（例如，在未触动前先做好位置记号或测出电压值或电阻值等），必要时还是允许触动的。也许改变之后有时故障会消除。
10、隔离法
故障隔离法不需要相同型号的设备或备件作比较，而且安全可靠。根据故障检测流程图，分割包围逐步缩小故障搜索范围，再配合信号对比、部件交换等方法，一般会很快查到故障之所在。
官网：www.firstcon.cn
编辑：中控仪表
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