如何選擇開(kāi)關(guān)故障診斷工具

　　一、概述

　　開(kāi)關(guān)系統(tǒng)是任何的測(cè)試系統(tǒng)中的關(guān)鍵的部分，它們?cè)试S客戶通過(guò)不用的方式來(lái)連接測(cè)試儀器和被測(cè)件，從而確保了在測(cè)試的過(guò)程中被測(cè)件的不同的部分可以連接到測(cè)試儀器中，從而減少了需要用來(lái)測(cè)試的儀器設(shè)備。

　　很多用戶可能會(huì)想到開(kāi)關(guān)系統(tǒng)作為系統(tǒng)中的關(guān)鍵的部分，會(huì)由于各種原因而損壞，而不是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/開(kāi)關(guān)系統(tǒng)">開(kāi)關(guān)系統(tǒng)本身不可靠。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)系統(tǒng)所處的位置是非常容易受損的，所以，意外的發(fā)生的可能性就更大了。

　　開(kāi)關(guān)系統(tǒng)是基于繼電器開(kāi)關(guān)的，是屬于機(jī)械裝置，所以是有一定的使用壽命的，但是高性能的繼電器的使用壽命是很長(zhǎng)的。典型的電磁繼電器(EMR)在小負(fù)載的情況下，壽命一般在1000萬(wàn)次，儀器級(jí)的簧片繼電器擁有超過(guò)10億次的操作次數(shù)。影響壽命的主要的因素是測(cè)試系統(tǒng)中的負(fù)載的特征還有開(kāi)關(guān)的切換的位置的信號(hào)特征。不管是電子設(shè)備或者是繼電器切換的信號(hào)是非常高的電壓或者是電流，或者是在熱切換(切換的時(shí)候，開(kāi)關(guān)是帶有信號(hào))的情況下，將會(huì)產(chǎn)生電弧，從而腐蝕開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)。

　　熱切換對(duì)繼電器的使用壽命影響很大，冷切換和熱切換的影響往往是想差3個(gè)數(shù)量級(jí)的。研發(fā)者嘗試著減少熱切換的影響，但是事實(shí)上，很多測(cè)試由于時(shí)間方面的限制，是需要進(jìn)行熱切換的，這樣可以防止在測(cè)試的過(guò)程中系統(tǒng)的重新啟動(dòng)或者是確?？梢阅M間歇性的故障。熱切換是研發(fā)者避免不了的。

　　其實(shí)測(cè)試系統(tǒng)中很多的故障不是由于繼電器的正常壽命已經(jīng)到了而引起，一些故障是在生產(chǎn)的階段就無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)而引起的。很多的故障是在測(cè)試系統(tǒng)中的一些意外的情況而引起的。一個(gè)經(jīng)常發(fā)生的情況是系統(tǒng)的集成而引起的，例如由于不該連接的地方連接，如與電源之間的短路或者是在電容性的負(fù)載上進(jìn)行熱切換，從而引起的布線和軟件方面的故障，從而影響到繼電器。繼電器可以阻擋部分的損害，但是隨著系統(tǒng)的使用，繼電器使用的壽命將會(huì)大大地縮短。就算正確地操作系統(tǒng)，但是如果進(jìn)行一些故障的設(shè)備測(cè)試，這個(gè)也會(huì)給開(kāi)關(guān)系統(tǒng)造成很大的壓力。

　　二、開(kāi)關(guān)故障診斷方法

　　由于開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的易損性，這就要求用戶采用一些針對(duì)開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的測(cè)試檢驗(yàn)的方式。在一些平臺(tái)上，例如VXI，就曾經(jīng)提供過(guò)一些繼電器的檢測(cè)的方法。這個(gè)方法包括了能夠一些不太協(xié)調(diào)的自檢方式，有時(shí)候它只是檢測(cè)控制系統(tǒng)，而不是繼電器的連接(其實(shí)這部分是很容易損壞的)。一些產(chǎn)品也可以檢測(cè)繼電器的連接，但是不能檢測(cè)隔離繼電器。VXI的產(chǎn)品包括了這方面的功能，是因?yàn)閂XI的主要用戶是軍工和航空航天方面，這些測(cè)試的環(huán)境是非常差的，而且很少有空間可以進(jìn)行自主檢測(cè)。

　　其他的產(chǎn)品，如PXI，PCB板的大小有限，就很難提供自檢工具。在自檢工具的設(shè)計(jì)研發(fā)階段，這些工具占用了很大的空間，這就減少了模塊的密度，同時(shí)增加了成本。

　　由于成本和空間大小的限制，很多繼電器的供應(yīng)商會(huì)增加一種工具來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，如繼電器的操作次數(shù)的統(tǒng)計(jì)軟件。在這個(gè)軟件中，會(huì)統(tǒng)計(jì)繼電器的操作的次數(shù)，從而在將要接近操作壽命的時(shí)候，將繼電器更換掉。但是這種工具存在著以下的問(wèn)題：

　　由于切換的信號(hào)的類別的不同，繼電器的使用壽命將有3個(gè)級(jí)別的差距，但是這個(gè)軟件不知道切換的信號(hào)的類型是什么，也就無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì);

　　這個(gè)軟件沒(méi)有統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)故障的能力，如被測(cè)件的故障，這個(gè)對(duì)繼電器的壽命的影響很大;

　　簧片繼電器是在不同的批次之中有不同的壽命，這個(gè)就增加了使用的不確定性。

　　根據(jù)以上的原因，開(kāi)關(guān)系統(tǒng)就會(huì)有比開(kāi)關(guān)的操作壽命相對(duì)長(zhǎng)一點(diǎn)或者短一點(diǎn)的使用壽命，并且故障會(huì)產(chǎn)生數(shù)量級(jí)的影響而不是單純的百分點(diǎn)的差別。所以如果用戶基于這個(gè)軟件來(lái)判別開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的壽命，那么將會(huì)帶來(lái)不良的影響。現(xiàn)代的一些器件一般會(huì)比它們的理論的壽命更長(zhǎng)。早期的預(yù)防性的措施將會(huì)替代來(lái)自其他部分的影響，特別是在前面接口部分的影響。所以就有一句哲學(xué)名言這樣說(shuō)的“如果在它工作的時(shí)候，你對(duì)它置之不理，那么當(dāng)你開(kāi)始懷疑它的時(shí)候，問(wèn)題就出現(xiàn)了”。

　　三、系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試

　　系統(tǒng)的集成電路中一般會(huì)包括系統(tǒng)水平的自主檢測(cè)，特別是在系統(tǒng)是用來(lái)按照信號(hào)路徑反饋的時(shí)候，自主檢測(cè)的工具就可以執(zhí)行了，例如，使用一個(gè)萬(wàn)用表來(lái)測(cè)試不同的路徑的時(shí)候。在這方面的投入應(yīng)該是很大的，而且會(huì)使系統(tǒng)變得復(fù)雜，路徑的檢測(cè)也變得復(fù)雜。系統(tǒng)集成商需要理解的路徑的選擇是在線纜接口和開(kāi)關(guān)內(nèi)部結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣的工具可以確定在連接的過(guò)程中的故障的數(shù)目，但那是它們不能找到間歇性的部分或者故障的隔離，比如那個(gè)開(kāi)關(guān)是否在系統(tǒng)中，或者是分辨不出是繼電器或者是線纜的故障。

　　四、BIRST-內(nèi)置繼電器檢測(cè)工具

　　自檢工具已經(jīng)發(fā)生了很大的變化。Pickering在2009年發(fā)布了PXI平臺(tái)的第一代包括內(nèi)置繼電器自檢工具的矩陣模塊，名字叫做BIRST(Built In Relay Self Test)。這個(gè)工具是一個(gè)非常緊湊的PXI平臺(tái)的計(jì)算機(jī)附件，它允許通過(guò)軟件來(lái)檢測(cè)在矩陣中的每個(gè)通道的阻抗，是通過(guò)不斷的測(cè)試來(lái)完成的，往往是幾個(gè)毫歐級(jí)的分辨率。每一個(gè)繼電器都可以檢測(cè)，如果有焊接短路或者是開(kāi)路的繼電器都可以快速地被找到，軟件的分辨能力允許連接變量的變化。每一個(gè)獨(dú)立的故障繼電器都可以被快速地定位。下面是BIRST的用戶界面：

　　用戶需要做的是斷開(kāi)PXI模塊，然后打開(kāi)pickering提供的程序。測(cè)試的過(guò)程是很快的，每一個(gè)繼電器大概就需要幾十毫秒的時(shí)間。然后，軟件會(huì)用圖表來(lái)顯示檢測(cè)的結(jié)果，上面就是矩陣模塊的形狀，并且突出故障的繼電器(如下圖的紅色標(biāo)注的部分)，這就方便用戶快速地找到繼電器的位置，并進(jìn)行更換。

　　BIRST工具解決了老式的自檢工具和繼電器次數(shù)統(tǒng)計(jì)軟件的缺點(diǎn)。它允許用戶在沒(méi)有額外的費(fèi)用的情況下，快速地找到大量的繼電器中的已經(jīng)損壞的繼電器，這可以避免不必要的拆卸或者關(guān)閉系統(tǒng)。這個(gè)工具也可以在繼電器還沒(méi)有損壞之前，通過(guò)檢測(cè)到它的高阻抗，從而提前進(jìn)行更換，這樣對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一件好事。

　　BIRST工具同時(shí)支持系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試檢測(cè)，在運(yùn)行系統(tǒng)級(jí)的測(cè)試的時(shí)候，可以集中精力與電纜和開(kāi)關(guān)系統(tǒng)的測(cè)試。

　　五、BIRST數(shù)據(jù)表

　　用戶關(guān)心的是怎么樣將這個(gè)工具的結(jié)果跟數(shù)據(jù)表聯(lián)系起來(lái)。BIRST通過(guò)不同的路徑來(lái)檢測(cè)故障，有些用戶會(huì)用到儀表板。這些路徑一般擁有比用戶本身使用的線纜長(zhǎng)度更長(zhǎng)的長(zhǎng)度，同時(shí)也包含了更多的繼電器，所以阻抗往往會(huì)表現(xiàn)得非常的高。

　　另外，數(shù)據(jù)表中制定的路徑的阻抗是生產(chǎn)過(guò)程中的焊接點(diǎn)的阻抗。跟隨著繼電器的使用，阻抗會(huì)變大，這些也受開(kāi)關(guān)位置和開(kāi)關(guān)類型的影響的，所以，當(dāng)阻抗變化很大的時(shí)候，也就說(shuō)明了開(kāi)關(guān)已經(jīng)步入了生命周期的晚期了。

　　六、使用范圍

　　為什么BIRST只能用在矩陣上呢?因?yàn)樗揽康氖莾啥诉B接(四端，用于雙刀開(kāi)關(guān)系統(tǒng)中)到系統(tǒng)中，是通過(guò)完整的路徑來(lái)進(jìn)行判斷的。這個(gè)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，因?yàn)樗筮@個(gè)工具通過(guò)僅有的這幾個(gè)連接端來(lái)判斷矩陣中的故障。一些隔離開(kāi)關(guān)將會(huì)使得部分開(kāi)關(guān)不能被檢測(cè)到，這個(gè)時(shí)候就需要外接設(shè)備。配置別的矩陣的時(shí)候，由于會(huì)需要增加別的開(kāi)關(guān)，也就會(huì)增加了一些問(wèn)題。

　　在2015年，一種外部的測(cè)試工具叫eBIRST發(fā)布了，支持更多的矩陣面板，并且還支持非矩陣的模塊，如通用的開(kāi)關(guān)模塊等。

　　七、BIRST解決方案

　　BIRST是在2009年發(fā)布的新一代的自檢工具，它支持矩陣模塊，這些矩陣模塊的特點(diǎn)是擁有很多的繼電器，有些擁有高達(dá)4406個(gè)繼電器。升級(jí)版的是在后綴有一個(gè)大寫的A字母，而且在未來(lái)，大部分的電流矩陣開(kāi)關(guān)也將可以在BIRST中使用，而且不會(huì)增加額外的費(fèi)用，因?yàn)榕f版的工具可以作為贈(zèng)品贈(zèng)送。

　　在支持BIRST的產(chǎn)品中，它們說(shuō)明書中會(huì)有BIRST的標(biāo)志的。如下所示：

　　綜上所述，可以看出BIRST作為一種開(kāi)關(guān)模塊的內(nèi)置繼電器自主檢測(cè)工具，大大地提高了系統(tǒng)的自我檢測(cè)能力，同時(shí)減少了故障排除的時(shí)間，提高了用戶的使用效率，相信未來(lái)將會(huì)有更多的用戶會(huì)用上這個(gè)工具的。