基于动态故障树的温压复合传感器电磁兼容故障分析

秦启森

[摘    要]故障树的分析方法是故障诊断和查找的有效方法，文章针对某型温压复合传感器的电磁兼容故障，建立故障树，并引入动态故障树，将可能的故障模式列举出来，并通过仿真与实验的方法，验证理论分析的可行性与准确性，对于故障树的理论分析进行很好的验证。

[关键词]复合传感器;电磁兼容;故障分析

[中图分类号]TN03 [文献标志码]A [文章编号]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

本文利用故障树与动态故障树的分析方法对某型温压复合传感器的电磁兼容问题进行究，分析系统的故障模式与概率，更高效率地对电子设备电磁兼容故障进行查找与定位，从而更快地找到故障原因，为方法的工程应用奠定理论基础。

2 温压复合传感器的系统组成与工作原理

某温压复合传感器为某机上氧气系统配套，用来测量复材氧气瓶瓶体内气体的温度和压力，并反馈在仪表盘上。在飞机运行过程中，存在温压仪表盘读数不准确，无法正确反馈复材氧气瓶内部气体温度和压力的数值的情况，判断为温压复合传感器存在电磁兼容故障。如图1所示，为其工作环境。

3 温压复合传感器的电磁兼容故障树的建立

通过对温压复合传感器的组成及工作环境的研究，对其电磁兼容三要素进行分析，从而建立电磁兼容故障树。故障树分为静态子树与动态子树。故障树的建立步骤为：

（1）确立故障树顶事件。

（2）将电磁兼容故障分为两大类作为中间事件，即传导干扰与辐射干扰。

（3）根据电磁兼容三要素，确立两种耦合途径各自的底事件。

本文分析思路如图2所示。

在传感器系统中，设计并安装有温压复合芯体备件电路。因此，温压复合芯体存在以下的故障关系：当主芯体即芯体1电路故障或失效时，备件芯体2电路接替其继续工作，温压复合芯体能够正常工作;当主芯体失效，并且备件芯体失效时，那么温压复合芯体无法正常工作。

最终，建立的总体的温压复合传感器电磁兼容故障树，如图3示。总体的故障树包括了动态子树与静态子树，本文提出将动态子树与静态子树分别分析，并将分析结果综合，进行结合分析的方法，从而得到动态子树与静态子树的综合分析结果。

4 定性分析

定性分析是：根据故障树中每个事件（包括顶事件、中间事件与底事件）的关系，通过逻辑运算的方式，将事件之间用式子表达出来，从而求得引起故障树顶事件发生的最小割集。这些最小割集就是导致故障树顶事件发生的底事件组合。本文采用下行法求故障树的最小割集。

用符号将故障树中的每1个事件表示出来，以便后文的分析，如表1所示。

故障事件X25为前文中温压复合芯体电磁兼容动态子树的输出事件，代表的故障模式为：温压芯体1电路故障→备件芯体2电路故障→温压复合芯体故障。根据下行法，将事件之间的逻辑关系用等式表达出来，得到最终的所有最小割集。

根据上述分析，引起故障树顶事件发生的最小割集共有150个，这些最小割集均可能导致温压复合传感器发生故障导致仪表盘读数有误，无法正确反馈出复材氧气瓶内气体的温度和压力，均是温压复合传感器电磁兼容故障的故障模式。但由于最小割集的数量较多，依次检查工作量巨大，过程繁琐，因此，需要对最小割集进行定量分析，计算其重要度，并根据最小割集的重要度从大到小排序，依次进行诊断检查，从而更加快速、更有效率地找出故障。

5 定量分析

故障树定量分析的目的是根据底事件的发生概率，对顶事件的发生概率进行计算，得到系统的可靠度，并对最小割集的概率进行计算，从而求出最小割集的重要度，最小割集的重要度说明的是该最小割集在系统发生故障时，其导致故障的比重。通过最小割集重要度。对故障的可能进行有根据的排序，更加快速、更有效率地进行故障诊断。计算步骤如下。

（1）第一层顶事件为或门，带入布尔表达式得到：

T=M1+M2 （1）

（2）第二層为各中间事件以及或门，带入布尔表达式得到：

M1=M3M4M5 （2）

M2=M7M8M9 （3）

（3）第三层为各底事件以及或门，带入布尔表达式得到：

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）第四层为一组底事件以及或门，带入布尔表达式得到：

M6=X8+X9+X10 （10）

根据前文所建立的完整故障树，对顶事件的发生概率进行计算。

（5）最小割集重要度反映的是该最小割集对系统故障发生的贡献大小，也即这些故障模式相对影响的大小，最小割集重要度计算公式为：

（11）

求出最小割集重要度的目的即是对每个最小割集进行进行重要度大小的排序，找出薄弱环节，根据重要度从高到低依次进行故障检查。

6 蒙特卡洛仿真的模型评估

本文利用蒙特卡洛法，基本思想是，根据前文中底事件服从的故障概率，对各个事件的出现时间进行随机抽样，将得到的抽样结果作为推进点，并对推进点进行系统状态的评估与参数的计算，在到达最大仿真时间时停止，并逐渐增加仿真的时间与抽样次数。

在不同时间下，将本文方法的结果与基于蒙特卡洛仿真方法的结果进行对比，如表2所示。

结果表明，利用仿真的方法得到的结果与本文方法基本一致，曲线拟合，数值误差很小，本文所采取的动态故障树分析法，可以有效地对电子设备的电磁兼容故障进行建模与计算分析，且结果具有良好的准确性。

7 结束语

本文剖析了某温压复合传感器系统与所处工作环境的电磁兼容三要素，并根据其部件关系确定使用备件门表示温压复合芯体及其备件的失效模式，以自上而下地对温压复合传感器的电磁兼容故障树进行建立，并对故障树进行定性和定量分析。最后，利用蒙特卡洛仿真的方法，对温压复合传感器系统电磁兼容故障概率进行仿真，通过仿真得到的概率与本文故障树分析法的故障概率进行对比，验证本文方法的有效性，与传统查找电磁兼容故障的枚举、排除法相比，提高故障查找命中率，对故障诊查找有着指导作用。

参考文献

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