可靠性技术课件

1、可靠性技术 第七章 可靠性技术 7.1可靠性概念 7.2干扰和抗干扰措施 7.3容错技术 7.4故障诊断和自检 7.5故障自恢复 各器件本身的可靠性的提高 给定元器件经精心设计提高整体可靠可靠性技术 7.1可靠性概念 一、可靠度、故障率和平均故障间隔时间 1 可靠度：系统在规定的工作条件下和规定的时间内持续完成规定功能的概率 ，记为 R(t)。若单位时间内发生的平均故障次数为n ，则在t 时间内发生k 次故障的概率为 ： 可靠性技术 2 故障率 ：上式 p（k，t）称之3 平均故障间隔时间(MTBF) ：1/是故 障发生时间间隔的平均值，称之。亦称平均无故障时间 (MTTF)。二、串联及并联系

2、统的可靠度 可靠性技术 如果所有元件的可靠度i,均为故障率i的指数分布，那么：若用n个部件组成的并联，则： 可靠性技术 7.2 干扰和抗干扰措施 抗干扰概述 干扰进入仪器渠道 外部干扰 数字电路的干扰 抗干扰措施 串模干扰的抑制 共模干扰的抑制 电源与电网干扰的抑制 地线系统干扰的抑制 可靠性技术 抗干扰概述1 干扰窜入仪表的渠道主要有三个:空间 传输通道 配电系统 可靠性技术 2 外部干扰(串模 共模 电源) 1)串模干扰:定义: 干扰电压与有效信号串联产生原因: 高压输电线 空间电磁场 信号源本身固有的漂移 纹波和噪声 电源变压器不良屏蔽 稳压滤波效果不良 可靠性技术 2)共模干扰: 输入

3、通道两个输入端上共有的干扰电压 可靠性技术 输入方式: 单端 双端 可靠性技术 3)电源干扰 同一电源系统中的可控硅器件通断 时产生的尖峰 附近的断电动作产生的浪涌电压 共用同一个电源的附近设备接通或断开时产生的干扰 可靠性技术 3 数字电路的干扰 分布电容 元件和元件 导线和导线 导线和导体 导线与结构开关电流和阻抗 (印刷电路板电源线与地线)元器件的热噪声；静电感应噪声 可靠性技术 可靠性技术 抗干扰措施 1 串模干扰的抑制 一般要求NMR4080db1)滤波器 低通滤波器(干扰频率比被测信号频率高) 高通滤波器(干扰频率比被测信号频率低) 类型: RC滤波器 LC滤波器、 双T 滤波器

4、有源滤波器 可靠性技术 可靠性技术 2)前置放大: 主要用于来自电磁感应的串模干扰，以提高回路中的信号噪声比3)选择高抗扰器件4)根本上消除产生串模干扰的原因: 如果串模干扰的变化速度与被测信号相当,对测量元件或变送器进行良好的电磁屏蔽. 可靠性技术 2 共模干扰的抑制(采用隔离,如:光电耦合器、脉冲变压器，飞渡电容式开关) 可靠性技术 1) 总线隔离方式 特点: 容易、线路简单、成本较低 2) 放大器隔离方式 特点: 配置灵活，用途较广,有一部分有源电路A/DMUX可靠性技术 3) 采样隔离方式 特点: 无需信号处理电路，结构简单； 处于系统最前端，浮离简便、可靠 A/DMUXS/H可靠性技

5、术 3 电源与电网干扰的抑制 1)抑制电网干扰的措施 目前主流方法：开关电源、UPS、AC/DC模块可靠性技术 2) 印刷电路板电源开关噪声的抑制 可靠性技术 4 地线系统干扰的抑制 接地设计应注意: 一点接地和多点接地的使用原则 屏蔽层与公共端的连接 信号地不能与交流地、功率地共用 屏蔽地（或机壳地） 电缆和接插件的屏蔽 高电平线和低电平线不要走同一条电缆 高电平线和低电平线不要使用同一接插件 设备进出电缆的屏蔽应保持完整 可靠性技术 7.3容错技术 一 冗余技术 硬件冗余 信息冗余 时间冗余技术二 几种主要容错技术 故障掩蔽技术 系统重组技术 故障安全技术 软件容错技术 三 容错技术的现状

6、与发展趋势 容错技术的现状 容错技术的发展趋势 可靠性技术 一 冗余技术 1 硬件冗余 冗余结构可分为 1)元件级 2)部件级 3)系统级 冗余方式有 1)并联冗余 2)备用冗余 可靠性技术 二 信息冗余 增加多余的信息位，以提供错误检测 可靠性技术 1.奇偶校验码 2.海明码 可靠性技术 三 时间冗余技术 1 指令复执方法 基本要求是： a 当发现错误时，能准确保留现行指令地址， b 现行指令使用的初始数据须保留，以便重新执行时使用。 指令复执的控制 a 次数控制 b 时间控制 可靠性技术 2 程序卷回方法 1)将程序分成若干小段 2)在第i段末，将当时各寄存器内容保存。 3)如程序在第i+

7、1段中执行正确，则将第i段现场撤消，而将第i+1段现场保存。 4)如程序在第i+1段中执行时有错误，则将第i段现场送回CPU，程序回到i+1段起点，重复执行第i+1段程序， 5)如果卷回一次不解决问题，可卷回若干次。 可靠性技术 3 冗余传送 1)返送方式 2)连送方式 3)检验信息返送方式： 可靠性技术 二 几种主要容错技术 1 故障掩蔽技术: 用静态冗余防止故障 可靠性技术 可靠性技术 2 系统重组技术 : 1)是故障检测技术 2)是动态冗余技术障 可靠性技术 3 故障安全技术4. 软件容错技术 可靠性技术 三 容错技术的现状与发展趋势 1 容错技术的现状 2 容错技术的发展趋势 超高可用

8、度系统的设计 超高可靠度实时系统的设计 分布式容错系统的设计 容错软件的设计 测试理论与技术 容错系统的建模与性能评估 可靠性技术 7.4故障诊断和自检 一 故障分类硬件故障 软件故障 不正确的指令组合 一个出错的纠正可能对其它部分有副作用 一旦被纠正后，不会再发生 3. 步骤故障 避免步骤故障的方法： 1)培训 编写完备的操作维护手册。 2)设计更为精巧，方便用户的系统。 可靠性技术 二 故障诊断和自检方法硬件故障 超量程检查 信号变化率的检查 RAM有效性检查 ROM 有效性检查 器件特定功能 可靠性技术 7.5故障自恢复 一 看门狗电路硬件故障 可靠性技术 二 参数设定 三 看门狗电路的原则 1 看门狗电路必须由纯硬件组成 2 看门狗启动应从RST进入，不能从中断 进入 3 RST引脚上由阻容组成的微分电路很重要 4 必须正