本发明提供了一种密封电子装置多余物微粒的自动检测系统及其检测方法。系统组成包括：声音传感器(1)，转台(2)，曲柄摇杆机构(3)，IO&DA板卡(4)，变频器(5)，三相电机(6)，声音信号调理电路(7)，实时数据采集卡(8)和上位机处理器(9)；声音传感器贴附在被测件外壁上，声音传感器(1)通过信号线与声音信号调理电路(7)连接；声音信号调理电路(7)连接实时数据采集卡(8)；实时数据采集卡(8)连接上位机处理器(9)，上位机处理器(9)通过IO&DA板卡(4)与变频器(5)的控制端连接；变频器(5)连接三相电机(6)，三相电机(6)通过曲柄摇杆机构(3)驱动转台(2)。本发明解决了现有的传统PIND检测方法检测精度不高，客观性不强，不能实现自动检测自动判别，且只能对多余物微粒的有无做出判断，无法对多余物的材质特征做出判断等问题。
1.一种密封电子装置多余物微粒的自动检测系统，其特征在于它包括声音传感器(1)，转台(2)，曲柄摇杆机构(3)，IO&DA板(4)，变频器(5)，三相电机(6)，信号调理电路(7)，实时数据采集卡(8)、上位机处理器(9)和障碍物(16)；声音传感器贴附在被测件外壁上，声音传感器(1)通过信号线与声音信号调理电路(7)连接；声音信号调理电路(7)连接实时数据采集卡(8)；实时数据采集卡(8)连接上位机处理器(9)，上位机处理器(9)通过IO&DA板(4)与变频器(5)的控制端连接；变频器(5)连接三相电机(6)，三相电机(6)通过曲柄摇杆机构(3)驱动转台(2)；在转台(2)转动的过程中设置障碍物(16)使转台(2)骤停，所述的障碍物(16)的高度要求为在转台面板(15)与障碍物(16)接触时转台(2)转动幅度达到极限值，极限值为±60°。
2.根据权利要求1所述的密封电子装置多余物微粒的自动检测系统，其特征在于所述的曲柄摇杆机构包括大圆盘(11)、连杆(14)和小圆盘(12)，大圆盘(11)通过连杆(14)连接底端小圆盘(12)，顶端小圆盘(13)由齿形带(10)连接底端小圆盘(12)，顶端小圆盘(13)与转台面板(15)连接固定。
3.根据权利要求2所述的密封电子装置多余物微粒的自动检测系统，其特征在于所述的实时数据采集卡(8)插在上位机处理器(9)的PCI插槽内，通过PCI总线将信号数据送至上位机处理器(9)输入端。
4.根据权利要求3所述的密封电子装置多余物微粒的自动检测系统，其特征在于所述的变频器(5)连接三相电机(6)，三相电机通过轴与编码器连接，编码器连接高速计数模块计数，高速计数模块通过串口与上位机处理器连接，处理器的控制输出端连接变频器。
5.根据权利要求4所述的密封电子装置多余物微粒的自动检测系统，其特征在于所述的上位机处理器(9)通过PCI插槽与IO&DA板(4)连接，IO&DA板(4)通过数据线与变频器(5)的控制端连接。
6.根据权利要求5所述的密封电子装置多余物微粒的自动检测系统，其特征在于所述的调理电路包括由电阻(R21、R22、R23、R24)、电容(C21、C22)、运放AD817构成的正向比例放大电路和由电阻(R32、R33)、电容(C31、C32)、运放LF356构成的电压跟随电路。
7.一种使用权利要求1所述的密封电子装置多余物微粒的自动检测系统，而得到的该系统对密封电子装置多余物微粒的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：i、上位机处理器(9)上电，系统初始化；
ii、上位机处理器(9)先对电机转速参数进行设置，再通过IO&DA板给出控制信号起动三相电机(6)；
iii、三相电机(6)通过曲柄摇杆机构(3)驱动转台(2)转动；
iv、上位机处理器(9)设置转台连续转动时间为1分钟，使系统处于激活多余物微粒状态，即控制转台面板(15)与障碍物(16)接触时转台转动幅度达到极限值；
vi、上位机处理器(9)对采样频率、器件型号等参数进行设置并控制起动转台(2)，重复步骤ii、iii、同时调用函数库配置实时数据采集卡(8)进行一轮数据采集，采集的数据返回至上位机处理器(9)，所述的数据为密封电子装置多余物微粒振动所产生的音频数据，由声音传感器(1)采集并传输到声音信号调理电路(7)，再由声音信号调理电路(7)处理后传输到实时数据采集卡(8)；
vii、上位机处理器(9)对采回的数据进行同态滤波、互相关分析去除尖峰干扰；
viii、上位机处理器(9)再对步骤vii处理过的数据应用小波分析算法进行阈值判断，得出有无多余物的结论；
ix、上位机处理器(9)对步骤vii处理过的数据，对多余物信号进行提取和拼接，然后进行FFT变换，在频域通过频谱形状因数和频谱质心对多余物的材质特征做出判断，判断出多余物微粒材质特征信息，得到金属或非金属结论；
x、上位机处理器(9)对采集到的数据保存，并把分析的结论打印输出。
8.根据权利要求7所述的密封电子装置多余物微粒的自动检测系统的检测方法，其特征在于所述的系统激活多余物微粒状态为：上位机处理器给出控制信号起动转台后，在转台转动的过程中设置障碍物使转台骤停以产生制动加速度来激活多余物微粒。
9.根据权利要求8所述的密封电子装置多余物微粒的自动检测系统的检测方法，其特征在于所述的障碍物的高度要求为在转台面板与障碍物接触时转台转动幅度达到极限值，所述的极限值为±60°，转台转动幅度通过机械方式调整。
10.根据权利要求8所述的密封电子装置多余物微粒的自动检测系统的检测方法，其特征在于所述的上位机处理器(9)先对电机转速参数进行设置，电机转速参数为120°/s～240°/s。
密封电子装置多余物微粒的自动检测系统及其检测方法
(一)技术领域
[0001] 本发明涉及电子监测技术，具体涉及的是电子装置内部多余物的自动检测方法。 [0002] (二)背景技术
[0003] 航天电子装置广泛就用于军事、航空、航天等国防军事领域中。电子装置是国防系统中的重要组成部分。因此保证电子装置功能正常，不发生故障是确保任务成功以及人员和设备安全的关键。密闭电子装置在制造、装配过程中，很容易把灰尘、塑料屑、焊锡等颗粒封装在继电器内并附着于电子装置内部构件上形成多余物微粒。在电子装置工作过程中，外部冲击或振动使多余物随机游动碰撞，可能导致装置误动作或失效，甚至造成航天事故，多余物问题成为困扰航天电子装置发展的重要问题。由于我国现阶段电子装置制造工艺水平的限制，还无法实现从根源上消除多余物微粒的产生。只能通过一定的方法来检测电子装置中是否含有多余物，然后剔除含有多余物的电子装置。
[0004] 目前对于航天电子装置及模块的多余物检测尚无标准，美军标、国军标中都没有给出明确规定。相关测试参考国军标对于航天电子元器件中多余物检测标准——微粒碰撞噪声检测(PIND)方法(美军标MIL-PRF-39016E规定)。传统PIND试验方法中，检测结果主要依靠人眼和耳听方式判断多余物是否存在，实际操作中经常出现由于操作人员疲劳、疏忽等原因引起漏检或误判现象，导致检测精度不高，客观性不强。
[0005] 因此，研究密封电子装置的多余物检测技术，特别是航天电子装置的多余物检测技术及预防措施对保证整个国防电子系统，尤其是卫星、导弹、载人航天飞船的可靠性具有重要的理论意义和实用价值。
[0006] (三)发明内容
[0007] 本发明的目的是为了解决现有的传统PIND检测方法检测精度不高，客观性不强，不能实现自动检测自动判别，且只能对多余物微粒的有无做出判断，无法对多余物的材质特征做出判断等问题，从而提供了一种密封电子装置多余物微粒的自动检测系统。 [0008] 本发明系统组成包括：声音传感器1，转台2，曲柄摇杆机构3，IO&DA板卡4，变频器5，三相电机6，声音信号调理电路7，实时数据采集卡8和上位机处理器9；声音传感器贴附在被测件外壁上，声音传感器1通过信号线与声音信号调理电路7连接；声音信号调理电路7连接实时数据采集卡8；实时数据采集卡8连接上位机处理器9，上位机处理器9通过IO&DA板卡4与变频器5的控制端连接；变频器5连接三相电机6，三相电机6通过曲柄摇杆机构3驱动转台2。
[0009] 本发明还有这样一些技术特征：
[0010] 1、所述的曲柄摇杆机构包括大圆盘11、带动大圆盘11单向转动的三相电机6，大圆盘11通过连杆14连接底端小圆盘12，顶端小圆盘13由齿形带10连接底端小圆盘12，项端小转盘13与转台面板15连接固定；
[0011] 2、实时数据采集卡8插在上位机处理器9的PCI插糟内，通过PCI总线将信号数据送至上位机处理器9输入端；
[0012] 3、所述的变频器5连接三相电机6，三相电机通过轴与编码器连接，编码器连接高速计数模块计数，高速计数模块通过串口与上位机处理器连接，处理器的控制输出端连接变频器；
[0013] 4、所述的上位机处理器9通过PCI插糟与IO&DA板卡4连接，IO&DA板卡4通过数据线与变频器5的控制端连接；
[0014] 5、所述的调理电路包括由电阻R21、R22、R23、R24电容C21、C22运放AD817构成的正向比例放大电路和由电阻R32、R33电容C31、C32运放LF356构成的电压跟随电路。 [0015] 本法明的另一目的在于提供一种密封电子装置多余物微粒的自动检测系统的检测方法，它包括以下步骤：
[0016] i、上位机处理器9上电，系统初始化；
[0017] ii、上位机处理器9先对电机转速参数进行设置，再通过IO&DA板给出控制信号起动三相电机6；
[0018] iii、三相电机6通过曲柄摇杆机构3驱动转台2转动；
[0019] iv、上位机处理器9设置转台连续转动时间为1分钟，使系统处于多余物激活状态，即控制转台面板15与障碍物16接触时转台转动幅度达到极限值。
[0020] v、转台停止转动系统多余物激活状态结束；
[0021] vi、上位机处理器9对采样频率、器件型号等参数进行设置并控制起动转台2，重复步骤ii、iii，同时调用函数库配置实时数据采集卡8进行一轮数据采集，采集的数据返回至上位机处理器9；
[0022] vii、上位机处理器9对采回的数据进行同态滤波、互相关分析去除尖峰干扰； [0023] viii、上位机处理器9再对步骤vii处理过的数据应用小波分析算法进行阈值判断，得出有无多余物的结论；
[0024] ix、上位机处理器9对步骤vii处理过的数据分别在时域和频域应用多余物识别方法进行识别，判断出多余物材质特征信息，得到金属或非金属结论。 [0025] x、上位机处理器9对采集到的数据保存，并把分析的结论打印输出。 [0026] 本检测方法还有这样一些技术特征：
[0027] 1、所述的系统的多余物的激活状态为：上位机处理器给出控制信号起动转台后，在转台转动的过程中设置障碍物使转台骤停以产生制动加速度来激活多余物； [0028] 2、所述的障碍物的高度要求为在转台面板与障碍物接触时转台转动幅度达到极限值，所述的极限值为±60°，转台转动幅度通过机械方式调整；
[0029] 3、所述的上位机处理器9先对电机转速参数进行设置，电机转速参数为120°/s～240°/s。
[0030] 本发明的工作原理为：被测件固定在转台上，转台正反向转动带动被测件随之运动，被测件中多余物颗粒被激活游离并在电子装置内产生位移，多余物在电子装置中位移将分为滑动和撞击两个过程，在滑动过程中可形成滑动声发射，而在撞击过程产生的声波为连续谱声信号。检测系统的工作过程是多余物在电子装置中滑动与撞击的随机组合过程。在这个过程中，仪器壁将传播应力弹性波和声波，并形成混响信号。检测系统中应用的声音传感器能拾取该信号，从而实现电子装置多余物的检测。产生声音通过声音传感器以电压形式输出，经前置调理电路放大后，由实时数据采集卡将信号采集至上位机，软件分析后给出检测结果。结果中包含了多余物有无的信息。并且在确定有一定质量等级(＞1mg)多余物的前提下，对多余物材质特征做出判断。
[0031] 针对不同质量等级的颗粒信号特点，利用小波分析、同态滤波等信号处理技术，滤除不同成分噪声信号，实现多余物微粒的自动检测；应用多余物识别的相关理论，提取多余物微粒的分布特征，建立不同材料多余物微粒特征样本库，通过分析被测信号多余物微粒的信号特征量，实现多余物颗粒金属、非金属材质特征的判别。
[0032] 本发明的有益效果有：
[0033] 1、本发明设计了适合电机驱动的转台机械结构，并实现了转台的电机驱动。检测稳定可靠。而且通过对机械部分的修改实现了对被测装置内多余物的激活； [0034] 2、本发明通过数据集体系统把被测多余物信号采集至上位机处理，上位机经信号提取、消噪、阈值处理后自动给出判别结果。且本发明通过信号时频域特征实现了对被测装置内多余物材质特征(金属、非金属)的判断。(四)附图说明
[0035] 图1为本发明的总体方案设计图；
[0036] 图2为转台的机械结构设计图；
[0037] 图3为转台左视图；
[0038] 图4为转台与障碍物的位置关系示意图；
[0039] 图5为转台的电机驱动设计图；
[0040] 图6为调理电路的电路原理图；
[0041] 图7为数据采集卡的设计框图；
[0042] 图8为上位机软件设计图；
[0043] 图9为监测界面示意图；图10为自动检测多余物有无的算法流程图； [0044] 图11为判断多余物材质特征的上位机算法流程图。
[0045] (五)具体实施方式
[0046] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：
[0047] 1、转台的机械结构设计
[0048] (1)结合图1，本实施例系统组成包括：声音传感器1，转台2，曲柄摇杆机构3，IO&DA板4，变频器5，三相电机6，声音信号调理电路7，实时数据采集卡8和上位机处理器9。声音传感器1贴附在被测件外壁上，声音传感器1通过信号线与信号调理电路6连接；
信号调理电路6将信号放大后由PNC插头输出，经由数据线另一端由DB9插头输入；实时数据采集卡8插在上位机处理机9的PCI插糟内，通过PCI总线将信号数据送至上位机处理器9，上位机处理器9通过PCI插糟与IO&DA板卡4连接；IO&DA板卡4通过数据线与变频器5的控制端连接；变频器5连接三相电机6，三相电机6通过曲柄摇杆机构3驱动转台
2。
[0049] 结合图2，其中，面板高度：900cm；面板尺寸：650cm×650cm；底座尺寸：850cm×1050cm。
[0050] (2)曲柄摇杆机构实现电机驱动的设计
[0051] 结合图3，工作时三相电机6带动大圆盘11单向转动，大圆盘11通过连杆14带动底端小圆盘12正反时针转动，顶端小圆盘13由齿形带10连接与底端小圆盘12同步正反时针转动。项端小转盘13与转台面板15连接固定，从而通过曲柄摇杆机构实现了电机单向转动驱动转台面板15正反向转动。
[0052] 2、多余物激活方案
[0053] (1)背景
[0054] 在系统工作过程中经常由于多余物被夹在装置缝隙中无法产生声音信号，从而误判定为没有多余物。使系统检测的可靠性大大下降。因此需要一定的方式将装置内的多余物激活。
[0055] (2)具体实施过程(采用撞击激活)：
[0056] 系统的多余物的激活状态为：上位机处理器给出控制信号起动转台后，在转台转动的过程中设置障碍使转台骤停，这时将产生极大的制动加速度来激活多余物。 [0057] 结合图4，其中，障碍物16的高度要求为在转台面板15与障碍物16接触时转台转动幅度达到极限值(±60°)，转台转动幅度可以通过机械方式调整。通过调整可使障碍物在位置上达到以上要求。即不影响转台的连续转动，又能刚好在临界点制动转台产生激活加速度。
[0058] 当我们对多余物激活完毕可调回转台面板摆动幅度使转台正常工作。 [0059] 3、转台的电机驱动设计
[0060] 结合图5，上位机处理器9通过PCI插糟与IO&DA板卡4连接；IO&DA板卡4通过数据线与变频器5的控制端连接；变频器5连接三相电机6，三相电机通过轴与编码器连接，编码器连接高速计数模块计数，高速计数模块通过串口与上位机处理器连接把电机的实时速度反馈给上位机处理器。处理器给出控制信号到变频器5，由变频器5(FVR1.5E9S-7JE)对三相电机6(YZ-80M2-6)进行调速。三相电机6通过曲柄摇杆机构3驱动转台2转动，转台2带动被测装置旋转使装置内多余物激活。多余物在装置内产生位移信号，声音传感器1拾取该信号。因声音传感器1输出信号比较微弱，因此需经声音信号调理电路7放大。被放大的信号由实时数据采集卡8采集到上位机处理器处理并显示输出结果。 [0061] 上位机处理器9输出速度信号(数字量)经DA变换为直流调速信号同时上位机处理器9发出控制信号通过IO&DA板4控制变频器5通断(即电机的起停)。三相电机6输出的实际速度由编码器结合高速计数模块实时反馈给上位机处理器8对三相电机6速度进行调整。
[0062] 4、调理电路的设计
[0063] 由于声音传感器输出信号微弱因此需经调理电路放大才能被数据采集卡良好的采集到。主要参数如下：
[0064] 输入：50mV～100mV(弱)
[0065] 增益：10～50(可调)
[0066] 带宽：＞300kHz(声音传感器中心谐振频率150kHz)
[0067] 结合图6，调理电路包括由电阻R21、R22、R23、R24电容C21、C22运放AD817构成的正向比例放大电路和和由电阻R32、R33电容C31、C32运放LF356构成的电压跟随电路组成。根据以上指标要求，其中选用一级AD817单位增益带宽可达到40MHZ，当单位增益为50时带宽＞300kHz，满足要求。二级采用LF356电压跟随。为减小噪声，电路采用电源去耦，级间阻容耦合的方式。
[0068] 5、实时数据采集卡的设计
[0069] 实时数据采集卡的作用是将声音传感器输出经放大的信号采集至上位机处理器处理分析。
[0070] 结合图7，+5V～-5V信号(声音调理电路输出)输入经调理电路变换为0V～+5V(模数转换模块所能识别的电压)，再由AD9220数模转换芯片进行模数转换为数字信号存入FIFO缓存芯片缓存，当FIFO半满时通过CPLD逻辑控制起动一次数据传输。其中CPLD逻辑控制芯片采用EPM7064，PCI接口芯片采用PCI954，调理电路运放采用AD812，FIFO缓存芯片采用IDT7207。实时数据采集卡的采样频率为：500kHz～10MHz。 [0071] 6、上位机软件设计
[0072] 因为上位机操控着本发明系统的整个实验流程，所以上位机软件的设计就显得尤为重要。系统上位机采用基于Windows平台的VC++编写，主要实现数据波形输出、信号处理及自动识别等功能。
[0073] 结合图8，上位机工作主要分为两个模块：PIND试验操作模块和系统参数设置模块，其中PIND试验操作模块又包括，波形显示控件、同步实时数据采集控制、多余物自动检测算法、与下位机通信协议管理、电机驱动变频调速控制；系统参数设置模块包括，被测电子装置型号数据库管理、操作人员数据库管理、系统工作参数数据库管理、系统注册表管理。
[0074] 上位机软件在系统中的作用为：上位机处理器9先对电机转速(120°/s～240°/s)参数进行设置，再通过IO&DA板给出控制信号起动三相电机6，三相电机6通过曲柄摇杆机构3驱动转台2转动；设置转台连续转动时间为1分钟，使系统处于多余物激活状态；转台停止转动系统多余物激活状态结束；上位机处理器9对对采样频率、器件型号等参数进行设置并控制起动转台2，同时调用函数库配置实时数据采集卡8进行一轮数据采集，采集的数据返回至上位机处理器9；上位机处理器9对采回的数据进行同态滤波、互相关分析去尖峰干扰；并对采集到的数据应用小波分析算法进行阈值判断，得出有无多余物的结论；再对采集到的数据分别在时域和频域应用多余物识别方法进行识别，判断出多余物材质特征信息(金属、非金属)；把采集到的数据保存，并把分析的结论打印输出，开始新一轮的实验。检测主界面如图9所示，左边十个按钮是供用户操作的。顶端组合框是试验信息。
中间是波形显示控件，其中图示的脉冲信号即为多余物信号。下端表格为多余物脉冲信号的相关参数。
[0075] 自动检测多余物有无的算法流程图如图10，算法中应用了小波分析的原理，选用db10做为小波基进行小波消噪。对小波消噪的结果进行第一次阈值判断，然后进行互相关分析去除尖峰干扰(可能由电源等外来因素引起)，再针对多余物信号最敏感的153K频段做第二次阈值判断，最终给出判别结果。
[0076] 判断多余物材质特征的上位机算法流程图如图11，由于分析多余物信号需要的信息全部包含在一系列幅值不等的脉冲当中，而相临脉冲间的间隔信号对于分析信号是无用的，还会产生不必要的干扰。因此在识别多余物前需对多余物信号进行提取和拼接。然后进行FFT变换，在频域通过频谱形状因数和频谱质心对多余物的材质特征做出判断。
