JP4892876B2 - Failure diagnosis apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、故障診断装置および方法にかかり、より詳細には、電子回路の故障を診断する故障診断装置および方法に関する。 The present invention relates to a fault diagnosis apparatus and method, and more particularly to a fault diagnosis apparatus and method for diagnosing a fault in an electronic circuit.
パーソナルコンピュータや複写機などの電子機器は、近年、性能、機能の向上に伴い、益々、それらを実現するための様々な用途のアナログおよびデジタルの電子回路がプリント基板の形で格納されてきている。 In recent years, as electronic devices such as personal computers and copying machines have been improved in performance and functions, analog and digital electronic circuits for various purposes for realizing them have been increasingly stored in the form of printed circuit boards. .
このような基板が搭載される機器が使用される環境は、通常はオフィス内であったり、家屋内であったりするが、それ以外の過酷な環境下で使用される場合もあり、非常に多岐にわたっている。特に使用環境が劣悪である場合には、通常の方法で使用していたとしても、検出が困難な様々な異常や故障が発生し、その修復には多大な労力を要することになる。 The environment in which such a board-mounted device is used is usually in an office or a house, but may be used in other harsh environments. Over. In particular, when the usage environment is inferior, even if it is used by a normal method, various abnormalities and failures that are difficult to detect occur, and a great deal of labor is required for the repair.
また、通常の使用環境下で使用している場合でも、電子回路の異常や故障が発生し、その頻度は必ずしも低いとは言えず、検出箇所を特定できないこともしばしば生じていた。さらに、電子回路基板に異常が発生した場合には、安全性やコストなどの面から早急な対応が必要でもあった。 Even when used in a normal use environment, an abnormality or failure of the electronic circuit has occurred, and the frequency is not necessarily low, and the detection location cannot often be specified. Furthermore, when an abnormality occurs in the electronic circuit board, it is necessary to take immediate measures in terms of safety and cost.
さらに、機器が設置されるオフィスや家屋内の遮音性能が向上してきたため、動作は正常でも、待機状態で内部電源回路などから発生している不快な音（異音）が問題になってきている。 In addition, the sound insulation performance in the office or home where the equipment is installed has been improved, so even though the operation is normal, unpleasant noise (abnormal noise) generated from the internal power supply circuit in the standby state has become a problem. .
故障診断の一般的手法としては、テスターなどの測定装置を用いて主要な個所の電圧や信号波形を監視（モニタ）しながら故障個所の特定する。たとえば、電子回路の設計情報に基づき、電子回路基板への信号入出力特性を検査し、検査結果に応じて、回路図を追っていきながら電子回路基板内の配線や端子をプロービングして故障箇所を特定した後に故障部品を交換するという作業を行なう。 As a general method of fault diagnosis, a fault location is specified while monitoring (monitoring) the voltage and signal waveform of a main location using a measuring device such as a tester. For example, based on the design information of the electronic circuit, the signal input / output characteristics to the electronic circuit board are inspected, and according to the inspection result, while tracing the circuit diagram, probing the wiring and terminals in the electronic circuit board to identify the failure location After identifying, replace the failed part.
なお、以下に関連する技術を示す。 The following technologies are shown.
たとえば、特許文献１には、電子回路を流れる電流が発生する磁界を検出する技術が開示されている。この特許文献１に提案されている技術では、プリント回路基板やＬＳＩなどの回路配線において、隣接配線の影響を抑えて一本のみの配線の電流による磁界を高分解能でしかも非接触で測定する。
For example,
また、特許文献２には、電線に係る電気特性の高精度の取り出しなどの用途に好適な小形で簡易な構成のコイル部品を利用して電気特性量（電流）を取り出す技術が開示されている。
更に、特許文献３には、異音を検出する技術が開示されている。この特許文献３に提案されている技術では、２つのマイクロフォンを設けて周囲騒音を差動手段でキャンセルしてヘッドセットに出力し、検査員が異音のみを聞き取れる状態にすることで、周囲騒音が大きい製造ラインなどにおいて防音室を必要とすることなく異音を検出するようにしている。
しかしながら、上記特許文献１、２は、磁界や電流を検出することにとどまり、検出した磁界等をどのように用いて故障判定に利用するのかといった観点では開示されていない。
However,
一方、上記特許文献３では、異音を簡便に検出することはできるが、そのためには、２つのマイクロフォンを設けて周囲騒音を差動手段でキャンセルするなど、装置構成や処理が複雑となる。また、異音を発生させている原因を特定することはできず、発生源となっている部品やユニット、例えば異音を発している電源回路ユニットごと交換するにとどまり、電源回路内の故障または劣化部品を交換して修理するところまですることができず、無駄が生じていた。さらに機器に組み込むのは構造上不可能であり、異音の検査はやはりヘッドセットを使って検査員が行うため、異音検出の自動化が難しい。 On the other hand, in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260260, it is possible to easily detect abnormal noise. However, for this purpose, the apparatus configuration and processing are complicated, such as providing two microphones and canceling ambient noise by differential means. In addition, it is not possible to identify the cause of abnormal noise, and only replace the parts and units that are the source of generation, for example, the power circuit unit that generates abnormal noise. It was impossible to replace the deteriorated parts and repair them, resulting in waste. Furthermore, it is impossible to incorporate in equipment, and abnormal noise inspection is still performed by an inspector using a headset, so it is difficult to automate abnormal noise detection.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で故障を判定したり、簡易に故障個所を判定することの可能な故障診断装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a failure diagnosis apparatus and method capable of determining a failure with a simple configuration and easily determining a failure location.
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、電子回路に流れる信号を検出する信号検出手段と、前記検出された信号を周波数成分に変換する変換手段と、前記変換された周波数成分から、前記信号の変化に起因して発生する異音の大きさを表す物理量である異音指数を算出する算出手段と、前記算出された異音指数に基づいて、前記電子回路に故障が発生しているか否かを判定する判定手段と、を備え、前記算出手段は、前記周波数成分の値を、周波数によって異なる人間の聴力の感度に対応する値に補正するための周波数に応じて予め定められた補正値で補正しかつ当該補正された前記周波数成分の値を、異音が発生するものとして予め定められた周波数の範囲内で積分することにより、前記異音指数を算出することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
請求項２に記載の発明は、電子回路に流れる信号を検出する信号検出手段と、前記検出された信号を周波数成分に変換する変換手段と、前記変換された周波数成分から、前記信号の変化に起因して発生する異音の大きさを表す物理量である異音指数を算出する算出手段と、前記変換された周波数成分のピーク周波数とその強度、及び算出する周波数範囲での分散と標準偏差を検出する検出手段と、前記算出された異音指数と前記検出された周波数成分のピーク周波数とその強度と、分散及び標準偏差とに基づいて、前記電子回路の故障個所を判定する判定手段と、を備え、前記算出手段は、前記周波数成分の値を、周波数によって異なる人間の聴力の感度に対応する値に補正するための周波数に応じて予め定められた補正値で補正しかつ当該補正された前記周波数成分の値を、異音が発生するものとして予め定められた周波数の範囲内で積分することにより、前記異音指数を算出することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a signal detection means for detecting a signal flowing through an electronic circuit, a conversion means for converting the detected signal into a frequency component, and a change in the signal from the converted frequency component. Calculation means for calculating an abnormal sound index, which is a physical quantity representing the magnitude of the abnormal sound generated due to it , peak frequency and intensity of the converted frequency component, and dispersion and standard deviation in the calculated frequency range Detection means for detecting, determination means for determining a fault location of the electronic circuit based on the calculated abnormal sound index, the peak frequency of the detected frequency component and its intensity, and variance and standard deviation ; The calculation means corrects the value of the frequency component with a correction value determined in advance according to a frequency for correcting the value of the frequency component to a value corresponding to the sensitivity of human hearing depending on the frequency, and The value of Tadashisa the said frequency components, by integrating within a predetermined frequency as abnormal noise, and calculates the abnormal noise index.
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記判定手段は、前記変換された周波数成分に基づいて電気的故障を更に判定することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the determination unit further determines an electrical failure based on the converted frequency component .
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の発明において、前記信号検出手段は、前記電子回路に非接触に前記信号を検出することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the signal detecting unit detects the signal in a non-contact manner with respect to the electronic circuit. .
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の発明において、前記信号検出手段は、受動素子で構成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fourth aspects, the signal detection means is formed of a passive element .
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記受動素子は、静電的結合をなす容量性のリアクタンス素子又は電磁的結合をなす誘導性のリアクタンス素子であることを特徴とする。
The invention according to
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記リアクタンス素子は、回路基板上に配線パターンにより形成されたことを特徴とする。
The invention described in
請求項８に記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載の発明において、前記リアクタンス素子は、前記電子回路の機能ブロックを取り囲むように配置された巻線で構成されたコイルであることを特徴とする。
The invention according to
請求項９に記載の発明は、請求項６又は請求項７に記載の発明において、前記リアクタンス素子は、前記電子回路における診断対象部位に対向しかつ磁路長が該診断対象部位の幅と略同一もしくは該幅以下で、該診断対象部位を流れる信号方向に対して垂直かつ固定的に配置されたスパイラルコイルであることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is the invention according to
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記スパイラルコイルは、所定の回路基板上にプリント配線パターンにより形成された対向する２層の導体層の一部を切り取ってできる複数の導体と、前記導体層を支持するとともに、前記複数の導体のそれぞれの間を垂直に接続するスルーホールが形成された支持層と、を備えると共に、前記スパイラルコイルの磁路長が、前記診断対象部位に応じた所定の配線パターンと略同一もしくは該配線パターン以下に設定されていることを特徴とする。
The invention according to
請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の発明において、前記検出された信号を積分する積分手段と、前記積分された信号を、高周波領域と低周波領域とでそれぞれ異なるサンプリングクロックにてデジタル値に変換するデジタル変換部と、を備え、前記変換手段は、前記デジタル値を周波数成分に変換することを特徴とする。
The invention according to claim 11 is the invention according to any one of
請求項１２に記載の発明は、電子回路に流れる信号を検出するステップと、前記検出された信号を周波数成分に変換するステップと、前記変換された周波数成分から、前記信号の変化に起因して発生する異音の大きさを表す物理量である異音指数を算出するステップと、前記算出された異音指数に基づいて、前記電子回路に故障が発生しているか否かを判定するステップと、を備え、前記算出するステップでは、前記周波数成分の値を、周波数によって異なる人間の聴力の感度に対応する値に補正するための周波数に応じて予め定められた補正値で補正しかつ当該補正された前記周波数成分の値を、異音が発生するものとして予め定められた周波数の範囲内で積分することにより、前記異音指数を算出する
ことを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a step of detecting a signal flowing through an electronic circuit, a step of converting the detected signal into a frequency component, and a change in the signal from the converted frequency component. Calculating an abnormal sound index that is a physical quantity representing the magnitude of the generated abnormal sound; determining whether or not a failure has occurred in the electronic circuit based on the calculated abnormal sound index; In the calculating step, the value of the frequency component is corrected with a correction value determined in advance according to the frequency for correcting the value of the frequency component to a value corresponding to the sensitivity of human hearing depending on the frequency, and the correction is performed. Further, the abnormal sound index is calculated by integrating the value of the frequency component within a predetermined frequency range in which abnormal sound is generated.
It is characterized by that .
請求項１３に記載の発明は、電子回路に流れる信号を検出するステップと、前記検出された信号を周波数成分に変換するステップと、前記変換された周波数成分から、前記信号の変化に起因して発生する異音の大きさを表す物理量である異音指数を算出するステップと、前記変換された周波数成分のピーク周波数とその強度、及び算出する周波数範囲での分散と標準偏差を検出するステップと、前記算出された異音指数と前記検出された周波数成分のピーク周波数とその強度と、分散及び標準偏差とに基づいて、前記電子回路の故障個所を判定するステップと、を備え、前記算出するステップでは、前記周波数成分の値を、周波数によって異なる人間の聴力の感度に対応する値に補正するための周波数に応じて予め定められた補正値で補正しかつ当該補正された前記周波数成分の値を、異音が発生するものとして予め定められた周波数の範囲内で積分することにより、前記異音指数を算出することを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a step of detecting a signal flowing through an electronic circuit, a step of converting the detected signal into a frequency component, and a change in the signal from the converted frequency component. A step of calculating an abnormal sound index that is a physical quantity representing the magnitude of the generated abnormal sound, a step of detecting a peak frequency and intensity of the converted frequency component, and a variance and a standard deviation in the calculated frequency range ; Determining the failure location of the electronic circuit based on the calculated abnormal index, the peak frequency of the detected frequency component, its intensity, variance and standard deviation, and calculating In the step, the value of the frequency component is corrected with a correction value determined in advance according to the frequency for correcting the value to a value corresponding to the sensitivity of human hearing depending on the frequency. One the correction values of the frequency components by integrating within a predetermined frequency as abnormal noise, and calculates the abnormal noise index.
以上説明したように本発明は、電子回路に流れる信号を検出し、これを周波数成分に変換し、変換された周波数成分から異音指数を算出し、異音指数に基づいて、電子回路に故障が発生しているので、簡易な構成で故障を判定することができる。 As described above, the present invention detects a signal flowing in an electronic circuit, converts it to a frequency component, calculates an abnormal sound index from the converted frequency component, and breaks down the electronic circuit based on the abnormal sound index. Therefore, the failure can be determined with a simple configuration.
また、本発明は、電子回路に流れる信号を検出し、これを処理して電子回路の故障個所を判定するので、簡易に故障個所を判定することができる。 Further, according to the present invention, since a signal flowing through the electronic circuit is detected and processed to determine the failure location of the electronic circuit, the failure location can be easily determined.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、本発明を実現するための基本的な構成を説明する図である。ここで図１は、診断対象の回路基板のレイアウト例とこの回路基板を対象とした故障診断システムの概要を示す。 FIG. 1 is a diagram illustrating a basic configuration for realizing the present invention. Here, FIG. 1 shows a layout example of a circuit board to be diagnosed and an outline of a failure diagnosis system for the circuit board.
図１に示すように、故障診断システム１が診断対象とする電子回路システム内に設けられている回路基板（電子回路システムの一例）１０には、図示しないプリント配線パターン（以下単にパターンという）が形成され、所定の対応位置に回路部材２０が搭載されている。この回路部材２０（図１（Ａ)中の２２、２３、２４・・・参照）としては、抵抗素子、誘導素子、あるいは容量素子などの受動部品であってもよいし、トランジスタやＩＣ（Integrated Circuit）などの能動部品であってもよい。
As shown in FIG. 1, a circuit board (an example of an electronic circuit system) 10 provided in an electronic circuit system to be diagnosed by the
故障診断システム１は、所定の回路部材２０や配線パターンが形成されてなる回路基板１０の動作を検査するためのものであり、回路基板１０上の回路部材２０もしくは配線などの故障診断の対象部位に対して非接触かつ固定的に配置された検知プローブとしての機能をなす信号検出手段としての信号変化検出部（センサ部）３０（図１（Ａ）中、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ・・、３３参照）と、信号変化検出部３０が検出した電気信号と、予め取得しておいた電子回路システムの正常時や異常時における信号変化に対応した電気信号とを比較することで、電子回路システム（具体的には回路基板１０）が正常であるか否か（故障の有無）を診断する故障診断装置としての故障診断部９０とを備えて構成されている。
The
故障診断部９０は、回路基板１０に電源が供給され回路部材２０が動作することで信号変化検出部３０と回路部材２０や配線パターンとの間での電磁的結合もしくは静電的結合により信号変化検出部３０に誘起される信号変化に対応した電気信号を検出する。また信号を周波数変換して周波数スペクトルを解析し、予め測定しておいた正常状態での周波数スペクトル強度分布と比較することで、回路部材２０の故障の有無を診断する。また、予め測定しておいた回路部品や配線パターンが異常状態における周波数スペクトル強度分布と比較することで、何れの回路部材２０の故障であるのかを診断する。
The
信号変化検出部３０としては、診断箇所に対して非接触での検査を行なうべくリアクタンス成分を使用した構成の受動素子とする。すなわち、診断対象部位とリアクタンス成分との間での静電的結合または電磁的結合によりリアクタンス成分に誘起される信号ラインの信号変化に対応した電気信号（誘導起電力）を検出する構成のものとする。たとえば、回路部品や配線を流れる電流により発生する磁界と電磁的に結合することで誘導起電力を発生する誘導性リアクタンス成分（コイル）を使用する。また、信号配線との間での静電的な結合（静電カップリング）により誘起電圧（カップリング電圧）を発生する容量性リアクタンス成分（コンデンサ）を使用する。
The signal
この信号変化検出部３０は、回路基板１０の部品実装面と略平行に配置される支持基板４上に、支持基板４が回路基板１０と略平行に配置された状態で支持基板４における診断対象部位と対向する位置に設ける。
The signal
図１（Ａ）では、支持基板４上に、回路基板１０上に配置されているコネクタ２２の周辺を包囲するようにコイル３２ａが、また回路基板１０の外周を包囲するようにコイル３２ｂが配置されている。また、特定の部品（たとえば集積回路２４）の周囲を包囲するようコイル３２ｃが配置されている。また、特定のコネクタ２３に接続される入出力配線群２３ａに直交するように容量成分として機能する構成（たとえばコンデンサ３３ａ）が配置されている。説明を割愛するが、他の診断対象部位に対向するようにコイル３２ｄ，３２ｅやコンデンサ３３ｂが配置されている。以下、信号変化検出部３０をなす各コイルを纏めてコイル３２といい、各コンデンサを纏めてコンデンサ３３という。
In FIG. 1A, a
支持基板４は、適用する回路基板１０と縦横略同サイズであり、回路基板１０と支持基板４とを略平行に重ねたときに、支持基板４上に形成されているコイル３２やコンデンサ３３が、ちょうど所望の箇所へ宛われるような位置にくるように配置する。また、回路基板１０と支持基板４とが、電気的には非接触でかつ近接して（極めて密接するように）配置する。このようにして、配置された各部からの電気的な信号は信号取出部７へと接続され、そこから電子回路システム（たとえば複写装置など）の外部へ配置されている故障診断部９０に取り出すようにする。なお、故障診断部９０を支持基板４上に設けることで、複写装置などの起動時などに装置自身が基板の診断を行なう自己診断システムを構築するようにしてもよい。
The
なお、信号変化検出部３０をなすコイル３２としては、支持基板４上にて、故障診断の対象部位（診断対象部位）に応じた所定の範囲を包囲するように１ターンコイルや複数巻きの平面コイルを形成することで、回路基板１０に電源が供給され回路部材２０が動作することにより発生する、この回路基板１０に垂直方向（図の奥行き方向）の磁界によりコイル３２に誘起される誘導起電力を検出する磁界センシング部として機能するようにする。診断対象部位の外周に沿ってコイル巻線（コイルをなす配線）を配置することで特定の配線や端子を意識することなく、対象部分の故障を診断することができる。
The
ここで、「故障診断の対象部位に応じた所定の範囲」としての具体的な態様としては、たとえば、故障診断の対象部位を搭載した回路基板の外周、故障診断の対象部位そのものの外周、対象部位の端子の外周などが考えられる。また、回路の機能ブロック単位で故障診断の対象とする場合、その機能ブロックを構成する回路部材２０のより多くのもの（好ましくは全部）が含まれるように包囲する。また、複数の基板を有してなる装置に適用する場合には、複数の回路基板間の信号インタフェースを取るための入出力コネクタの外周や複数の回路基板を一体的としたその外周などを包囲するようにしてもよい。
Here, specific embodiments of the “predetermined range according to the target part of failure diagnosis” include, for example, the outer periphery of the circuit board on which the target part of failure diagnosis is mounted, the outer periphery of the target part of failure diagnosis itself, the target The outer periphery of the terminal of a part etc. can be considered. Moreover, when it is set as the object of a fault diagnosis in the functional block unit of a circuit, it encloses so that more things (preferably all) of the
センシング用プローブとしてのコイル位置を固定しても、コイル巻線が取り囲む範囲を設定することで検出範囲を設定できる。逆に言えば、故障診断の希望範囲に応じて、コイル巻線が取り囲む範囲を設定することができ、検出範囲を広くすることも自由であり、使い勝手がよくなる。従来のセンシング用プローブでは、プローブ位置を固定すると、固定されたプローブ位置近傍の範囲しか検出できず、検出範囲が非常に狭くなってしまったのと大きく異なる。なお、コイルをなす配線が支持基板４上において固定的に配置されるようにする。固定的に配置するには、支持基板４上にプリント形成するのがよい。あるいは、テーピング部材や接着部材などを利用して固定してもよい。
Even if the coil position as a sensing probe is fixed, the detection range can be set by setting the range surrounded by the coil winding. In other words, the range surrounded by the coil windings can be set according to the desired range of the fault diagnosis, and the detection range can be freely widened, which improves usability. In the conventional sensing probe, when the probe position is fixed, only the range in the vicinity of the fixed probe position can be detected, which is greatly different from the detection range becoming very narrow. The wiring forming the coil is fixedly arranged on the
また、信号変化検出部３０をなすコンデンサ３３としては、平板状の金属部材を診断対象部位の配線パターンに対して非接触でかつ交差するように配置することで、電界センシング部として機能するようにする。配線パターンを２枚の金属板で挟む構成でもよいし、１枚の金属板を配線パターン上に設ける構成でもよい。何れの場合も、金属部材がパターン上において固定的に配置されるようにする。固定的に配置するには、支持基板４上にプリント形成するのがよい。あるいは、テーピング部材や接着部材などを利用して固定してもよい。
Moreover, as the capacitor |
コイル３２やコンデンサ３３を支持基板４上にプリント形成する場合、支持基板４としては、たとえば、平面状の絶縁性の板であるフレキシブル（可撓性）基板（Flexible Printed Circuit board；ＦＰＣ基板）を用いるのがよい。ある程度柔軟性があるので、電気的には非接触となりかつ近接して配置する上で都合がよいからである。
When the
また、プリント形成されたコイル３２やコンデンサ３３からなる信号変化検出部３０が複数ある場合には、各コイル３２やコンデンサ３３の片方の端子を支持基板４の端部で共通接続してもよい。また、共通で接続された端子を支持基板４の外部で接地するようにしてもよい。さらに、各コイル３２やコンデンサ３３の配線は、近接させた状態で略平行にして支持基板４を引き回すようにする。このような配線によってコイル３２やコンデンサ３３による信号変化を精度良く捉えることが可能となる。
In addition, when there are a plurality of signal
すなわち、プリント配線パターンにより信号変化検出部３０をなすコイル３２やコンデンサ３３を形成すれば、特段の固定部材を用いることなく、センシング部として機能する信号変化検出部３０と回路基板１０上の診断対象部位との物理的な位置関係を固定することができる。そしてこれにより、期待値取得時（正常時）や故障診断中の誘導起電力の状態を確実に安定化させることができる。つまり、故障診断の判断指標となる誘導起電力を精度よく取得することができ、診断性能も向上する。回路基板１０を作り込むときに、信号変化検出部３０をなすコイル３２やコンデンサ３３を診断対象部位に（複数の場合にはそれぞれに）応じて、支持基板４上の対応する位置にパターンニングしておけばよい。
That is, if the
また支持基板４における、回路基板１０上の回路部材２０部品もしくは配線パターンと対応する位置に信号変化検出部３０を配置する手法を採れば、この信号変化検出部３０が配置された支持基板４を回路基板１０と略平行に配置することで回路部材２０もしくは配線パターンに対応して信号変化検出部３０の位置が合わされ、回路基板１０に実装される回路部材２０や配線パターンの検査を容易かつ的確に行なうことができるようになる。また、回路基板１０に予め信号変化検出部３０を組み込む必要がなく、支持基板４に信号変化検出部３０を配置するため、検査対象となる回路基板１０の部品レイアウトに合わせて後から信号変化検出部３０が配置された支持基板４を提供することができ、既存の回路基板１０への対応も可能となる。
Further, if a method of arranging the signal
また、プリント配線パターンによりコイル３２やコンデンサ３３を固定配置しているので、当然に、診断箇所にプローブを近づけて観察したり、プローブを対象部位に近づけたりするためのメカニカルな手段を必要としない。これにより、任意の複数の範囲の回路動作を監視する場合でも、電子回路に複雑な故障診断回路を付加することなく、低コストでセンシング部をシステムに組み込み可能で、しかも高精度に回路動作を監視することのできる故障診断システムを提供することができるようになる。
Further, since the
信号変化検出部３０を形成する際に、電磁的結合を利用するのかそれとも静電的結合（容量結合）を利用するのかは、信号ラインの電流や電圧の変動の周波数成分との関係で、次のような観点で決めるとよい。静電的結合を利用する形態では、周波数が高くなるほどインピーダンスが低くなり検知感度が低下する傾向にあると考えられる。一方、電磁的結合を利用する形態では、周波数が低くなるほどインピーダンスが低くなり検知感度が低下する傾向にあると考えられる。したがって、精度のよい検知を行なうには、信号ラインの電圧変動の周波数成分が主に低周波の場合には静電的結合、主に高周波の場合には電磁的結合とすればよい。
Whether to use electromagnetic coupling or electrostatic coupling (capacitive coupling) when forming the signal
ただし、静電的結合を利用する形態では、感度調整の自由度が電磁的結合に比べて少ない。たとえば、感度を高めるには電極面積を大きくするか診断対象部位との間の距離を小さくしなければならない。電極面積を大きくする手法では隣接する部位との間に余裕がなければ実現できない。また、診断対象部位との間の距離を小さくする手法では、支持基板４と回路基板１０との間の距離を調整するしかなく、実際には限度がある。これに対して、電磁的結合を利用する形態では、巻線数を大変えることで感度を調整することができ、この手法はパターン形成でもある程度自由度がある。よって、トータルで考えた場合、診断対象部位の動作周波数に拘わらず、静電的結合を利用する形態の信号変化検出部３０としてもよい。実際には、必ずしもこのように言い切れるものではなく、カットアンドトライ（試行錯誤）で決めるのがよい。
However, in the form using electrostatic coupling, the degree of freedom of sensitivity adjustment is less than that of electromagnetic coupling. For example, to increase the sensitivity, the electrode area must be increased or the distance from the diagnosis target site must be decreased. The method of increasing the electrode area cannot be realized unless there is a margin between adjacent parts. Further, in the method of reducing the distance to the diagnosis target site, there is no choice but to adjust the distance between the
なお、支持基板４における信号変化検出部３０を配置しない部分で、支持基板４を回路基板１０に近接させる際に干渉してしまう部品がある場合、その部品と対応する支持基板４の位置に孔（図示せず）を設けておき、部品と支持基板４とが接触しないようにすることもできる。
In addition, when there is a component that interferes when the
図１（Ｂ）は、支持基板４の一例を拡大して示すもので、ここでは、４巻きコイル３２が２個と、図示したサイズの２個のコンデンサ３３とがプリントパターンにて形成されている。支持基板４は、図中上部に断面図を示すように、厚さ方向ｄに対して、中央部に絶縁層４ａを設け、その両面にコイル３２やコンデンサ３３をなすパターン４ｂが形成される信号層を設ける構成とする。また、外部との電気的接触を避けるように、絶縁樹脂などで信号層をコーティングしたラミネート層４ｃを設ける。ラミネート層４ｃは支持基板４の両面に設けるのが好ましいが、片面だけでもかまわない。ただし、本例では回路基板１０側には少なくとも設けるのが好ましい。
FIG. 1B shows an example of the
コイル３２は両信号層に渦状に配線して作製する。図示した例では、２巻きずつ同じ方向に回転するようにして形成し、両層の間をスルーホール３４で接続する。したがって、図１（Ｂ）では、２巻きコイル配線が形成されている層の反対側の層に形成されている２巻きコイル(図の一点斜線)へ実線で示されている２巻きコイルからスルーホール３４を介して接続される。
The
そして、コイルが２回転したところで再びスルーホール３４を介して表層へと導かれる。コイル３２の両端に接続された配線３６は、２本対になるようにして並行して信号取出部７近傍まで配線され、片方の配線が再びスルーホール３４を介して別の層へ移り、そこで他の信号線対の片方の配線と接続され、それが信号取出部７を介して故障診断部９０へと導かれるようにする。もう片方の配線はそれぞれが独立して信号取出部７から故障診断部９０へと導かれるようにする。
Then, when the coil rotates twice, it is led again to the surface layer through the through
コンデンサ３３も同様に、支持基板４の表裏に形成された電極対に各々配線３７が接続され、一方の配線がスルーホール３４を介して反対の層へ導かれている。そして、この配線３７が２本対になるようにして並行して信号取出部７近傍まで配線され、片方の配線が再びスルーホール３４を介して別の層へ移り、そこで他の信号線対の片方の配線と接続され、それが信号取出部７を介して故障診断部９０へと導かれるようにする。
Similarly, in the
図２は、支持基板４の信号取出部７を介して取り出された信号を解析し、回路基板１０に異常が発生しているかどうか等を診断する故障診断部９０の一構成例を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of a
図２に示すように、故障診断部９０は、検査対象部位としての複数の配線パターンや回路部材２０に対応するように、アナログマルチプレクサ４０を備えている。また故障診断部９０は、アナログマルチプレクサ４０にて選択されたコイル３２やコンデンサ３３と接続され、それらに誘起される誘導起電力を検出するとともに所定レベルに増幅する差動増幅器で構成されたバッファ４１と、バッファ４１から出力されたアナログ信号を整形する整形回路４２と、整形されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ（Analog to Digital ）変換部４３とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
また、故障診断部９０は、Ａ／Ｄ変換部４３にてデジタル化されたデータに基づいて、取得された動作信号波形（誘導起電力波形）をデジタル的にフーリエ変換（周波数変換）する周波数変換部４４と、変換された周波数成分から後述する異音指数を算出する異音指数算出部４５と、周波数変換された周波数成分を統計処理（特徴量を求める）する統計処理部と、異音指数算出部４５からの結果と統計処理部４６からの結果を入力して異音故障の発生の判定と故障箇所の判定とを行う異音故障判定部４７とを備えるとともに、周波数変換部４４で変換された信号成分に含まれる周波数成分を解析する周波数解析部４８と、回路基板１０の正常時にコイル３２やコンデンサ３３に誘起された誘導起電力を周波数解析部４８にて周波数解析した結果を期待値として記憶する半導体メモリなどの記憶部４９と、記憶部に記憶された期待値と実働状態の誘導起電力信号を周波数解析部にて周波数解析した結果とを比較して電気的故障の有無を判定する比較判定部と、故障診断システム１の全体を制御する制御部５１とを備えている。制御部５１は、たとえば、アナログマルチプレクサ４１の切換えやＡ／Ｄ変換部４３のサンプリング周波数ＡＤＣＫを制御する。
Further, the
前述のように、個々のコイル３２やコンデンサ３３の一方の配線は共通に接続されて故障診断部９０に導かれ、故障診断部９０のグランドに接続される。そして、他方の配線が信号線として、個々に、アナログマルチプレクサ４０の対応する入力端子に接続されている。アナログマルチプレクサ４０の選択動作は、制御部５１からの制御信号ＭＰＸにより制御されるようになっている。
As described above, one wiring of each
整形回路４２内には、図２（Ｂ）に示すように、信号変化検出手段としてのコイル３２により検知された誘導起電力信号を積分する積分回路５２と、周波数成分を調整するフィルタ回路５３とが設けられている。上記誘導起電力信号は回路を流れる電流の微分波形なので、積分回路５２は、これを元の電流波形に戻すために設けられるものである。すなわち、コイルの誘導起電力は、回路を流れる電流の変化（微分）に比例する。したがって、誘導起電力を積分回路５２によって積分して、元の電流波形に変換した後にＡ／Ｄ変換部４３でＡ／Ｄ変換し、周波数変換部４４にて周波数変換を行なう。
In the shaping
フィルタ回路５３は、信号解析に際して不要な成分を取り除くために使用されるもので、ローパス特性、ハイパス特性、あるいはバンドパス特性やバンドエリミネーション特性のそれぞれ単独もしくはそれらの任意の組合せのものが使用される。必要に応じてスルー特性が選択可能としてもよい。たとえば、Ａ／Ｄ変換時の折返し歪み成分の問題を防止するため、Ａ／Ｄ変換部４３におけるサンプリング周波数の１／２以上の成分を除去する特性を呈するようにするとよい。
The
後述するように、本実施の形態の構成では、信号変化検出部３０をなすコイル３２は、回路基板１０上の各機能ブロックの動作周波数に応じて設けられ、診断対象のコイル３２に応じてアナログマルチプレクサ４０とＡ／Ｄ変換部４３のサンプリング周波数が切り替えられる。よって、フィルタ回路５３は、Ａ／Ｄ変換部４３におけるサンプリング周波数に連動してそのカットオフ特性が切り替えられる構成とするとよい。
As will be described later, in the configuration of the present embodiment, the
周波数変換部４４は、単なる波形比較による故障診断を行なうのではなく、読み取った波形をフーリエ変換すること（図示せず）などにより、ピークが発生する周波数値を確認することと、異音指数と統計値を算出して異音のパターンを判定して、回路基板１０に異常が発生しているかどうかを解析するために設けられている。
The frequency conversion unit 44 does not perform failure diagnosis by simple waveform comparison, but performs a Fourier transform (not shown) of the read waveform to confirm the frequency value at which the peak occurs, It is provided to analyze whether or not an abnormality has occurred in the
波形解析による故障診断では、正常時の波形パターンと実働時の波形パターンとを比較するため信号取得時に同期を取る、つまり回路動作のタイミングにおける同一時点の動作波形を取得する必要がある。しかしながら、この同期を取る作業は、検証対象部位にもよるが、実際には難しい。これに対して、周波数解析による故障診断では、このような同期処理が不要であり、波形取得の作業が非常に楽になる。 In failure diagnosis by waveform analysis, it is necessary to synchronize at the time of signal acquisition in order to compare the waveform pattern at normal time and the waveform pattern at actual operation, that is, to acquire operation waveforms at the same time at the timing of circuit operation. However, this synchronization is actually difficult although it depends on the verification target part. On the other hand, failure diagnosis by frequency analysis does not require such synchronization processing, and the waveform acquisition operation becomes very easy.
たとえば、異音指数算出部４５は、回路基板１０内の回路部材２０の動作信号波形の周波数スペクトラム（周波数）を特徴量として抽出する。たとえば、人間の可聴周波数範囲（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）などの範囲で周波数スペクトラムを抽出し、補正部５５にて周波数ごとの補正を行ったのちに積分部５６で積分して異音指数として算出するとともに、統計処理部４６で周波数スペクトラムの特徴量を表す統計量を算出して異音故障判定部４７で、発生した異音の故障原因となる回路部材を特定する判定を行う。
For example, the abnormal sound index calculation unit 45 extracts the frequency spectrum (frequency) of the operation signal waveform of the
また、たとえば、周波数解析部４８は、回路基板１０内の回路部材２０の動作信号波形の周波数スペクトラム（周波数）を特徴量として抽出する。たとえば、周波数解析部４８は、信号変化検出部３０を介して得た動作信号波形に含まれる基本周波数成分や、その高調波成分とを抽出する。なお、周波数解析部４８が抽出する周波数は１つでもよい。また複数であってもよい。コイル３２などからの誘導起電力信号に含まれる特定の周波数成分は回路によって様々であるが、機能ブロックごとに特徴的な周波数成分を持っているので、これを利用して機能ブロック単位で故障箇所を特定する。
For example, the
また、特徴的な周波数成分は回路によっては幅広い周波数レンジを持つので、制御部５１によってＡ／Ｄ変換のサンプリング周波数を切り換え、たとえば低周波領域と高周波領域と分けてサンプリングする。
In addition, since characteristic frequency components have a wide frequency range depending on the circuit, the
たとえば、回路の機能ブロックに分けて配置した複数の平面コイル（図示せず）３２やコンデンサ３３からの信号がアナログマルチプレクサ４０に入力され、増幅機能を持つバッファ４１により所定レベルに増幅された後に積分回路５２に入力され、Ａ／Ｄ変換部４３によってデジタルデータに変換される。制御部５１は、正常動作時に、コイル３２の誘導起電力信号を取り込み、周波数変換部４４により周波数変換させて、周波数解析部４８を通して正常時の周波数データを記憶部４９に保存させておく。なお、１回の測定で得られた誘導起電力信号の周波数データをもとに特徴抽出を行なって期待値としてもよいし、複数回検知した平均的なデータを期待値してもよい。
For example, signals from a plurality of planar coils (not shown) 32 and
故障診断時には、比較判定部５０は、実際に回路を動作させて、コイル３２の誘導起電力信号を常時取り込みながら、制御部５１の指示に従い、記憶部４９に記憶しておいた正常時の周波数データと常時取り込んでいる誘導起電力信号についての周波数変換された診断サンプルのデータ（実働データ）とを常に比較し、データに差が生じた時に、回路基板１０の配線や搭載部品に電気的故障が生じていると判定する。つまり、抽出された差異が正常状態と比較して同等の範囲にあるかどうかを診断することで、コイル３２やコンデンサ３３が対象とした機能ブロックが正常に動作しているかどうかを診断する。また、読み取った周波数スペクトルの状態を詳細に解析することで、さらに故障内容を詳しく同定することもできる。
At the time of failure diagnosis, the comparison /
そして、故障を検知した際には、図示しない警報部で警報（アラーム）を発するか故障内容を通知するようにする。警報部は、故障診断部９０を有する装置の内部に設けてもよいし、故障診断部９０が診断対象装置から遠くに離れた場所にある場合などは、電話回線やインターネットを介して装置の状態を集中管理する場所に設置して、そこで警報を発するようにしてもよい。
When a failure is detected, an alarm unit (not shown) issues an alarm (alarm) or notifies the content of the failure. The alarm unit may be provided inside the device having the
＜スイッチング電源回路を対象とした事例＞
次に、故障診断対象の回路としてのスイッチング電源回路（スイッチングレギュレータ）について説明する。図３は、スイッチング電源回路の基本的な構成を示す機能ブロック図である。このスイッチング電源回路２００は、１次巻線２１０ａと２次巻線２１０ｂとを有するスイッチングトランス２１０により、図中左側の１次系統（入力系統）２００ａと、図中右側の２次系統（出力系統）２００ｂと、スイッチングトランス２１０をドライブ制御するための制御系統２００ｃとに分けられる。
<Examples for switching power supply circuits>
Next, a switching power supply circuit (switching regulator) as a circuit for failure diagnosis will be described. FIG. 3 is a functional block diagram showing a basic configuration of the switching power supply circuit. The switching
１次系統２００ａは、たとえば５０Ｈｚや６０Ｈｚで１００〜１２０Ｖの交流入力（Alternating Current） に対して設けられるノイズフィルタ２０２と、スイッチング動作時の突入電流を制限する突入電流制限回路２０４と、図示しない整流素子（ダイオードなど）と平滑コンデンサなどを含み交流入力を整流し平滑化して所定電圧の直流電圧を得る入力整流平滑回路２０６と、スイッチングトランス２１０の１次巻線２１０ａをスイッチング駆動するスイッチング回路２０８とを備える。
The primary system 200a includes, for example, a
２次系統２００ａは、スイッチングトランス（変圧器）２１０の２次巻線２１０ｂの出力を整流し平滑化して、所定電圧の直流電圧を得る第１および第２の出力整流平滑回路２２２，２２４と、第２の出力整流平滑回路２２２を制御する制御回路２２６とを備える。第１の出力整流平滑回路２２２は、図示しない整流素子（ダイオードなど）と平滑コンデンサなどを含み、たとえば直流２４Ｖを出力電圧として得る。また、第２の出力整流平滑回路２２４は、図示しないスイッチング素子や整流素子（ダイオードなど）や平滑コンデンサなどを含み、スイッチング動作により、たとえば直流５Ｖを出力電圧として得る。制御回路２２６による出力整流平滑回路２２４の駆動中心周波数は、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚとする。たとえば５０ｋＨｚにする。
The secondary system 200a rectifies and smoothes the output of the secondary winding 210b of the switching transformer (transformer) 210, and obtains a predetermined DC voltage, and first and second output rectifying and smoothing
制御系統２００ｃは、出力整流平滑回路２２２の出力電圧を監視する帰還回路２３２と、帰還回路２３２により得られる出力電圧に対応した電圧が一定値を維持するようにスイッチング回路２０８を介してスイッチングトランス２１０を駆動する制御回路２３４と、回路動作時に過剰電流がスイッチング回路２０８やスイッチングトランス２１０に流れないように保護する過電流保護回路２３６とを備える。
The control system 200c includes a
スイッチング回路２０８の方式としては様々なものがある。制御回路２３４によるスイッチング回路２０８の駆動中心周波数は、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚとする。たとえば１２０ｋＨｚにする。
There are various methods for the
過電流保護回路２３６は、動作電流を反映した監視電圧を制御回路２３４に伝える。制御回路２３４は、監視電圧が所定範囲外となったとき、スイッチング回路２０８の動作を停止させ、回路が破壊するのを防止する。なお、制御系統２００ｃは、過電流保護機能に限らず、帰還回路２３２により得られる出力電圧に対応した電圧が所定範囲外となったとき、スイッチング回路２０８の動作を停止させることで、回路が破壊するのを防止する過電圧保護機能も備える。
The
図４は、図３に示したスイッチング電源回路２００の部品レイアウト例と、このスイッチング電源回路２００に故障診断用の支持基板４を配置する形態を示す図である。ここで、図４（Ａ）は回路基板１０上に配されたスイッチング電源回路２００と支持基板４の側面図であり、図４（Ｂ）は支持基板４上に設けられる検知プローブとしてのコイル３２の配置概要を示す平面図である。プリントコイル３０としてコイル３２のみを使用した例で示しているが、コンデンサ３３を使用することも可能であるのは言うまでもない。
FIG. 4 is a diagram showing a component layout example of the switching
検知プローブとしてのコイル３２は、図１にて示したように、支持基板４としてのＦＰＣ基板に渦状に配線して作製する。たとえば、図３で示したブロック図の各機能ブロック単位で、その機能ブロックを構成する部品が配置されている領域を囲むように巻線をプリント配線パターンにて配置することでコイル３２を形成する。部品の配置制限やプリント配線の制約で機能ブロック単位で明確に回路を区切ることはできないのが、機能ブロック単位で概略包囲されていればよい。
As shown in FIG. 1, the
この（平面）コイル３２をスイッチング電源回路２００の回路基板１０に対し図３のように配置する。コイルとプリント基板との間隔はできるだけ近接させる。このようにするだけで、故障診断対象の回路に何ら回路を付加することなく、回路機能ブロック単位の電流波形を検出することができる。
This (planar)
たとえば、フォワードコンバータ方式のスイッチング電源回路２００が構成される回路基板１０にて、図３に示したように、１１個の機能ブロックに分割（ノイズフィルタ２０２、突入電流制限回路２０４、入力整流平滑回路２０６、スイッチング回路２０８、スイッチングトランス２１０、など）する。回路は、たいてい回路図に沿って部品配置されていくので、概略で機能ブロックを囲むことは可能である。機能ブロックに対応する位置にコイル３２を作製した図４（Ｂ）に示すＦＰＣ基板を、図４（Ａ）に示すように、スイッチング電源回路２００の回路基板１０に並行に近接させて設置する。
For example, as shown in FIG. 3, the
＜異音検出および故障診断の基本原理＞
次に本実施の形態により、異音を検出し異音指数を算出する方法について説明する。図３で示したスイッチング電源回路を例にとる。たとえば、入力整流平滑回路２０６、出力整流平滑回路２２２あるいは出力整流平滑回路２２４の整流コンデンサ（図示せず）の部品不良や経時変化による性能劣化によって、平滑性能が低下すると、帰還回路２３２を通して、フィードバックが不安定になり、時には間欠発振を起こし、内部電流が変動し、トランスやチョークコイルなどの部品を振動させる。その変動周波数はさまざまだが、人間の可聴周波数範囲、特に７０００Ｈｚ〜１５０００Ｈｚ程度で起こると、トランスやチョークコイルなどの部品の振動が、異音となって人間の耳に聞こえるようになる。したがって、トランスやチョークコイル近傍の回路内部の電流変動を検出部としてのコイルで検出して周波数変換することで、発生している異音に対応した周波数特性を検出することができる。しかも、マイクロフォンのように音を検出するのではなく、電気信号を検出するので、検査環境の騒音に全く影響せずに異音のみの周波数特性を検出することができる。図５（Ａ）に検出した異音の一例を示す。この例では１３０００Ｈｚ近傍にピークが生じており、高音の異音が観測されている。参考までにマイクロフォンで測定した異音の周波数特性を図５（Ｂ）に示す。全く同じ特性が得られており、本発明で異音を検出することが可能なことが示される。
<Basic principle of abnormal noise detection and fault diagnosis>
Next, a method for detecting an abnormal sound and calculating an abnormal sound index according to the present embodiment will be described. The switching power supply circuit shown in FIG. 3 is taken as an example. For example, if the smoothing performance deteriorates due to a component failure of the rectifying capacitor (not shown) of the input rectifying / smoothing
次に、異音の検査などで判定するための基準として、本発明で得られる異音指数について説明する。人間の聴力は周波数によって感度に差があり、また可聴範囲での積分値として音の大きさを感じている。そのため、本発明で得られる異音の周波数特性を補正して積分した指数が異音の大きさを客観的に表すことになる。これを異音指数とする。そこで、異音指数算出部４５の補正部５５では周波数ごとの感度の差を補正する。具体的には、一例として等ラウドネス曲線を補正するための曲線として知られているＡ特性（図６参照）を周波数ごとに乗じる。他にもいろいろな補正曲線があり、適宜選択すればよい。次に積分部５６では特に異音が発生する周波数範囲（６０００Ｈｚ〜１７０００Ｈｚなど）で補正した周波数特性を積分する。すなわち、式１で示した演算を行うことで異音指数を算出する。
Next, the abnormal sound index obtained by the present invention will be described as a reference for determining by abnormal sound inspection or the like. Human hearing has different sensitivities depending on frequency, and feels the loudness as an integral value in the audible range. For this reason, the exponent obtained by correcting and integrating the frequency characteristics of the abnormal noise obtained in the present invention objectively represents the magnitude of the abnormal noise. This is the abnormal sound index. Therefore, the
周波数範囲は、異音が発生する周波数やスイッチング電源回路で発生するＡＣの高調波の発生度合いに応じて精度よく検出できる範囲を適宜選択すればよい。 The frequency range may be selected as appropriate in accordance with the frequency at which abnormal noise occurs and the degree of generation of AC harmonics generated in the switching power supply circuit.
図７は、故障の状態に応じて発生する異音の周波数パターンを示す図である。図７（Ａ）のように急峻なピークの単一の音の場合もあれば、図７（Ｂ）のように明確なピークを持たないブロードな周波数スペクトルの場合もある。図８（Ａ）に異音の故障診断を行う際に算出した異音指数および統計量の例を示す。ケース１は急峻なピークを持つ周波数スペクトラムの場合で、ケース２はブロードな周波数スペクトラムの場合である。どちらも人間の耳には不快な異音として聞こえる。算出する統計量は、たとえば、ピーク周波数とその強度のリストおよび算出する周波数範囲での分散や標準偏差などを計算する。ピークが急峻な場合分散または標準偏差の値は小さく、ブロードな場合は大きな値となるので、この統計量は周波数スペクトラムの形状を反映する特徴量である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a frequency pattern of abnormal noise generated according to a failure state. There may be a single sound with a steep peak as shown in FIG. 7A, or a broad frequency spectrum without a clear peak as shown in FIG. 7B. FIG. 8A shows an example of an abnormal sound index and a statistic calculated when performing an abnormal sound failure diagnosis.
図８（Ｂ）は、異音の故障診断を行う診断テーブルである。診断Ｎｏ．１は急峻なピークを持つ異音を判定する判定基準であり、診断Ｎｏ．２はブロードな異音を判定する判定基準である。故障箇所の特定は、予め周波数スペクトラムの形状と故障箇所との関係を実験などで関連付けてもよいし、回路シミュレーションなどで算出してもよい。異音パターンと故障箇所とを対応づけたテーブルを異音故障判定部に保持しておき、逐次参照しながら、異音故障の判定を行う。 FIG. 8B is a diagnosis table for performing failure diagnosis of abnormal noise. Diagnosis No. 1 is a criterion for judging an abnormal sound having a steep peak. 2 is a criterion for judging a broad abnormal sound. The failure location may be specified in advance by associating the relationship between the shape of the frequency spectrum and the failure location by experiments or by circuit simulation. A table in which abnormal noise patterns and failure locations are associated is held in the abnormal noise determination unit, and abnormal noise determination is performed while sequentially referring to the table.
＜周波数解析の基本原理＞
図９は、コイル３２の誘導起電力信号を周波数解析して故障診断する手法を説明する概念図である。ここでは、図４に示したスイッチング電源回路２００を対象とした診断事例で説明する。図９（Ａ）〜（Ｄ）に示すものは、スイッチング電源回路２００に対するコイル信号の周波数データ（周波数スペクトル）を示している。
<Basic principle of frequency analysis>
FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining a method of performing a fault diagnosis by analyzing the frequency of the induced electromotive force signal of the
Ａ／Ｄ変換部は、低周波領域と高周波領域の２つの帯域でサンプリングできるようにする。低周波領域は商用周波数（５０Ｈｚ）を中心に周波数スペクトルがとれるようにする。高周波領域はスイッチング周波数（たとえば１００ｋＨｚ）を中心にとれるようにする。すなわち、スイッチング電源回路２００では、たとえば交流入力が５０Ｈｚでスイッチング周波数が数１０Ｈｚ〜数１００ｋＨｚと周波数レンジが広いため、Ａ／Ｄ変換部９４では低周波領域と高周波領域の２領域でサンプリングを行ない、周波数解析部にて周波数変換する。
The A / D converter enables sampling in two bands, a low frequency region and a high frequency region. In the low frequency region, a frequency spectrum is set around a commercial frequency (50 Hz). The high frequency region should be centered around the switching frequency (for example, 100 kHz). That is, in the switching
低周波領域では交流入力の基本周波数である５０Ｈｚをはじめ、１００Ｈｚ、２００Ｈｚなどの高調波成分を含む。同様に、高周波領域では、２系統のスイッチング周波数の基本周波数である５０ｋＨｚ，１２０ｋＨｚをはじめその高調波成分を含む。図９（Ａ）は、スイッチング電源回路２００が正常状態にある場合の周波数スペクトル例を示している。
The low frequency region includes harmonic components such as 100 Hz and 200 Hz as well as 50 Hz which is the fundamental frequency of AC input. Similarly, in the high frequency region, the harmonic components including 50 kHz and 120 kHz which are the fundamental frequencies of the two switching frequencies are included. FIG. 9A shows an example of a frequency spectrum when the switching
ここで、たとえば、ノイズフィルタ２０２部分（ＡＣ入力部）に故障が起こると、回路全体が動作しないため、図９（Ｂ）に示すように、低周波側の５０Ｈｚなどはもとより、高周波領域についても５０ｋＨｚなどが検出されない。よって、正常時と比較してこのような比較結果となった場合、ＡＣ入力部の故障と診断することができる。
Here, for example, if a failure occurs in the
また、第１の出力系統（出力整流平滑回路２２２）の制御回路２３４が故障した場合は、図９（Ｃ）に示すように、スイッチングトランス２１０の１次側までは交流入力に起因した電流が流れるため低周波領域で５０Ｈｚなどが検出されるが、高周波領域では第１の出力系統のスイッチング周波数である１２０ｋＨｚなどが検出されない。さらに第２の出力系統（出力整流平滑回路２２４）は第１の出力系統から発生させているので第２の出力系統のスイッチング周波数である５０ｋＨｚも検出されない。よって、正常時と比較してこのような比較結果となった場合は、第１の出力系統の制御回路２３４の故障と診断することができる。
In addition, when the
また、第２の出力系統（出力整流平滑回路２２４）の制御回路２３６のみが故障した場合は、図９（Ｄ）に示すように、そのスイッチング周波数である５０ｋＨｚのみが検出されず、その他は正常時と同様の検出となる。よって、正常時と比較してこのような比較結果となった場合は、第２の出力系統の制御回路２２６の故障と診断することができる。
When only the
このようにして、回路機能ブロックの動作に対応させた周波数成分の変動を正常時と比較することで、故障の機能ブロックを特定することができる。また、完全な故障でないケース（不良状態）では、各周波数成分のスペクトルはあるが、その強度が正常時と異なるケースも起こり得る。このような場合は、その強度パターンを解析することで、不良状態の機能ブロックを特定することも可能である。つまり、正常状態と異常状態ではスペクトル強度分布が異なるので、その違いを解析すれば、異常の有無や異常の状態を判定することができる。 In this manner, the failure functional block can be identified by comparing the fluctuation of the frequency component corresponding to the operation of the circuit functional block with that in the normal state. In a case where the failure is not complete (defective state), there is a case where there is a spectrum of each frequency component but the intensity is different from that in the normal state. In such a case, it is possible to identify a functional block in a defective state by analyzing the intensity pattern. That is, since the spectrum intensity distribution is different between the normal state and the abnormal state, the presence / absence of the abnormality and the abnormal state can be determined by analyzing the difference.
スイッチング電源回路２００は、機能ブロックによってその動作の基本周波数が比較的明確に分かれているので、周波数解析により故障の有無を判定する上では都合のよいものである。ただし、本実施の形態のような周波数解析により故障診断する手法の適用範囲は、必ずしもスイッチング電源回路に限定されない。
Since the basic frequency of the operation of the switching
なお、基本周波数だけでなくその高調波の状態を参照することで、よりきめ細かに比較することができるので、異常状態の判定に有利である。たとえば、５０Ｈｚの整数倍の周波数スペクトルに着目し、ＡＣ入力〜入力整流平滑回路２０６〜スイッチングトランス２１０付近に配置したコイルからこの周波数スペクトルが観測されない場合、ＡＣ入力直後の故障と診断される。同様に、制御回路２３４近傍のコイルからスイッチング周波数のスペクトルが観測されない場合、その制御回路２３４の故障と診断される。複数コイルの信号と、低周波／高周波、スペクトルの組合せ、負荷のあり／なし、などを組み合わせることで、より精度の高い故障診断が可能となる。
In addition, since it is possible to make a more detailed comparison by referring to not only the fundamental frequency but also the state of its harmonics, it is advantageous for determining an abnormal state. For example, paying attention to a frequency spectrum that is an integral multiple of 50 Hz, if this frequency spectrum is not observed from coils arranged in the vicinity of AC input to input rectifying and smoothing
＜スイッチング電源回路を対象とした周波数解析の実施の形態＞
次に、スイッチング電源回路を対象とした周波数解析の実施の形態を示す。図１０は、本実施の形態にて対象としたスイッチング電源回路２００の概略回路図である。図３に示した機能ブロックと同等の機能部分には同一の参照符号を付す。
<Embodiment of frequency analysis for switching power supply circuit>
Next, an embodiment of frequency analysis for a switching power supply circuit will be described. FIG. 10 is a schematic circuit diagram of the switching
制御回路２３４としては、図１０（Ｂ）に示すように、三菱電機社製の制御用集積回路（型番Ｍ５１１９５Ｐ）を使用した。その周辺部材は、この集積回路の標準アプリケーションと同等のものである。なお、図３に示したスイッチング電源回路２００とは異なり、出力系統は１つしか備えていない。その他の回路についての詳細については説明を割愛する。
As the
各機能ブロックには、故障診断用のコイル３２を、機能ブロックごとにその周囲を包囲するように設けた。ここでは、ノイズフィルタ２０２に対して第１番目のコイル３１、突入電流制限回路２０４に対してコイル２、入力整流平滑回路２０６に対してコイル３、過電流保護回路２３６に対してコイル４、スイッチング回路２０８に対してコイル５を設けた。また、制御回路２３４に対してコイル６、スイッチングトランス２１０に対してコイル７、出力整流平滑回路２２２に対してコイル８、帰還回路２３２に対してコイル９を設けた。
Each functional block is provided with a
図１１は、図１０に示したスイッチング電源回路２００のノイズフィルタ２０２に設けたコイル１の誘導起電力信号を積分した後に周波数解析した結果を示す周波数スペクトルを示している。ノイズフィルタ２０２は、交流入力系統の部材であり、回路が正常時には図１１（Ａ）に○印で示すように、５０Ｈｚや１００Ｈｚ部分に比較的高強度のＦＦＴパワーを呈している。また、５０Ｈｚの３次以上の高調波成分も多数見受けられる。これに対して、回路が故障した状態を示しているのが図１１（Ｂ）である。図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）から分かるように、５０Ｈｚや１００Ｈｚはもとより、５０Ｈｚの３次以上の高調波成分も、殆どＦＦＴパワーがなくなっている。
FIG. 11 shows a frequency spectrum showing a result of frequency analysis after integrating the induced electromotive force signal of the
図１２は、図１０に示したスイッチング電源回路２００の制御回路２３４に設けたコイル６の誘導起電力信号を積分した後に周波数解析した結果を示す周波数スペクトルを示している。回路が正常時には図１２（Ａ）に○印で示すように、１２０ｋＨｚ部分に比較的高強度のＦＦＴパワーを呈している。これに対して、図１１（Ｂ）と同一の故障が生じている状態を示しているのが図１２（Ｂ）である。図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）から分かるように、１２０ｋＨｚ部分では殆どＦＦＴパワーがなくなっている。
FIG. 12 shows a frequency spectrum showing the result of frequency analysis after integrating the induced electromotive force signal of the
図１１と図１２の診断結果から、この故障時には、低周波側の５０Ｈｚなどはもとより、高周波領域についてもスイッチング周波数が検出されていないので、ノイズフィルタ２０２の故障と診断することができる。
From the diagnosis results of FIGS. 11 and 12, at the time of this failure, since the switching frequency is not detected in the high frequency region as well as 50 Hz on the low frequency side, it can be diagnosed that the
以上説明したように、上記実施の形態のように、信号変化検出部３０にて得られた回路の動作信号を周波数解析する（信号を周波数変換し周波数スペクトルを解析する）ことで、回路部材２０の故障の有無を診断することが可能となる。信号変化検出部３０として設けたリアクタンス成分の一例である容量成分やインダクタンス成分をテーピング部材や接着部材あるいはプリント配線パターンなどを利用して固定的に設けるという簡単かつ低コストな構成で、センシング部として機能するリアクタンス成分と回路基板やケーブルの物理的な位置関係を固定することができる。そしてこれにより、故障診断中の検知信号の状態を確実に安定化させることができる。つまり、故障診断の判断指標となるリアクタンス成分に誘起される信号を精度よく取得することができ、診断性能も向上する。
As described above, the
加えて、誘導起電力波形そのものの正常時と実働時の比較ではなく、波形を周波数解析するようにしたので、たとえば低周波と高周波に分けて診断する、スペクトル強度の組合せを細かに診断する、負荷のあり／なしでの動作を検証するなどを組み合わせて診断することなども可能となり、より精度の高い故障診断が可能となった。波形診断に対して周波数解析部分の回路要素が増えるものの、それ以外は、波形診断の回路構成を流用することができる。よって、複雑な故障診断回路を付加することなく、低コストでシステムに組み込み可能でしかも高精度に回路動作をモニタできる故障診断システムを提供することができる。 In addition, instead of comparing the induced electromotive force waveform itself between normal operation and actual operation, the waveform is analyzed for frequency, so for example, diagnosis is divided into low frequency and high frequency, and the combination of spectrum intensity is diagnosed finely. Diagnosis can also be made by combining operations such as verifying operation with and without a load, enabling more accurate fault diagnosis. Although the number of circuit elements in the frequency analysis portion increases with respect to the waveform diagnosis, the circuit configuration for waveform diagnosis can be diverted otherwise. Therefore, it is possible to provide a failure diagnosis system that can be incorporated into the system at a low cost without adding a complicated failure diagnosis circuit and can monitor the circuit operation with high accuracy.
また、診断時には、リアクタンス成分を診断対象部位に対して固定的に配置しているので、診断箇所にプローブを近づけて観察したり、プローブを対象部位に近づけたりするためのメカニカルな手段を必要としない。コイル巻線や平板電極などで構成された簡易な構造のリアクタンス成分を診断対象部位に応じて、それぞれの場所に設けても、コストアップはさほど生じない。 Further, since the reactance component is fixedly arranged with respect to the diagnosis target part at the time of diagnosis, a mechanical means for observing the probe close to the diagnosis part or bringing the probe close to the target part is necessary. do not do. Even if a reactance component having a simple structure composed of a coil winding, a flat plate electrode, or the like is provided at each location according to the diagnosis target portion, the cost does not increase much.
これらのことにより、コスト面と故障診断の対象部位の設定の自由度という点で、利用者にとって、使い勝手のよい故障診断の仕組みを提供することができるようになった。 As a result, it has become possible to provide a user-friendly failure diagnosis mechanism in terms of cost and the degree of freedom in setting the target site for failure diagnosis.
＜コイルの他の構成例＞
図１３は、検知プローブをなすコイル３２の他の構成例を示す図である。上記実施の形態で示したコイル３２の巻線は、回路基板１０の回路部材２０や配線パターンから発生する回路基板１０に対して垂直方向の磁界を検知するべく、検知対象部位を包囲するように、支持基板４上にて平面的にパターンを形成して平面コイルを形成していた。これに対して、この変形例は、回路基板１０の回路部材２０や配線パターンから回路基板１０に対して並行に発生する磁界を検知するべく、たとえば配線パターン８０に隣接するようにスパイラルコイル（スパイラルコイル状をしたインダクタ）７０を配置している。
<Other configuration examples of the coil>
FIG. 13 is a diagram illustrating another configuration example of the
配線パターン８０ａ，８０ｂは、主にマイクロストリップ線路であるが、配線を流れる電流によって、図１３（Ａ）に示す磁界が発生する。磁路長ＬＥＮが配線パターンの幅ＰＷと略同一幅のスパイラルコイル７０を図１３（Ａ）に示すように、検査対象の配線パターン８０ａ上に非接触で近接して、その配線パターン８０ａを流れる電流方向に対して垂直に配置する。 The wiring patterns 80a and 80b are mainly microstrip lines, but a magnetic field shown in FIG. 13A is generated by a current flowing through the wiring. As shown in FIG. 13A, a spiral coil 70 whose magnetic path length LEN is substantially the same as the width PW of the wiring pattern is brought close to the inspection target wiring pattern 80a in a non-contact manner and flows through the wiring pattern 80a. Arranged perpendicular to the current direction.
こうすると、検査対象の配線パターン８０ａに隣接する他方の配線パターン２６ｂよる磁界は距離が離れている分微弱な磁界しかコイル径Ｗのスパイラルコイル７０中を通過せず、検査対象とする一方の配線パターン８０ａの電流による磁界のみが効率よくスパイラルコイル７０を通過するようになる。そして、このスパイラルコイル７０の誘導起電力によって検査対象の配線パターン８０ａのみの電流変化を監視することができるようになる。これにより、機能ブロック単位ではなく、配線パターン単位で故障を診断可能となる。 In this way, the magnetic field generated by the other wiring pattern 26b adjacent to the wiring pattern 80a to be inspected passes only a weak magnetic field through the spiral coil 70 having the coil diameter W because the distance is increased. Only the magnetic field generated by the current of the pattern 80a efficiently passes through the spiral coil 70. Then, the current change of only the wiring pattern 80a to be inspected can be monitored by the induced electromotive force of the spiral coil 70. As a result, it is possible to diagnose a failure not in units of functional blocks but in units of wiring patterns.
たとえば、配線パターン８０を流れる電流によって生じる、スパイラルコイル７０を通過する磁束をΦとすると、スパイラルコイル７０の両端に誘起される誘導起電圧Ｖは、式（２）により求められる。 For example, if the magnetic flux passing through the spiral coil 70 generated by the current flowing through the wiring pattern 80 is Φ, the induced electromotive voltage V induced at both ends of the spiral coil 70 can be obtained by Expression (2).
なお、磁界センシング部としてのスパイラルコイル７０に発生する誘導起電力を読み取るものであればよく、式（２）で示したように、スパイラルコイル７０の開放端に生じる誘起起電圧を読み取る態様に限らず、スパイラルコイル７０に流れる電流を読み取る態様としてもよい。 It should be noted that any device can be used as long as it can read the induced electromotive force generated in the spiral coil 70 as the magnetic field sensing unit, and it is not limited to the mode in which the induced electromotive voltage generated at the open end of the spiral coil 70 is read as shown in the equation (2). Alternatively, the current flowing in the spiral coil 70 may be read.
隣接配線の影響を軽減するには、検査対象の配線パターン８０ａに隣接する配線パターン８０ｂからの磁界ができるだけスパイラルコイル７０を通過しないようにすることが好ましい。このためには、スパイラルコイル７０の磁路長が回路基板の故障診断の対象部位に応じた所定の配線パターンの幅と略同一もしくはそれ以下であることが好ましい。 In order to reduce the influence of the adjacent wiring, it is preferable to prevent the magnetic field from the wiring pattern 80b adjacent to the wiring pattern 80a to be inspected from passing through the spiral coil 70 as much as possible. For this purpose, it is preferable that the magnetic path length of the spiral coil 70 is substantially the same as or less than the width of the predetermined wiring pattern corresponding to the target part of the circuit board for failure diagnosis.
また、精度のよい検査をするには、検査対象の配線パターン８０ａとスパイラルコイル７０との物理的な位置関係を固定することが望ましい。故障診断の対象部位に応じた所定の配線パターンに対して固定的にスパイラルコイル７０を配置するに際しては、回路基板上の外層（表面や裏面）もしくは内層にプリント配線パターンにより形成するとよい。 In addition, in order to perform inspection with high accuracy, it is desirable to fix the physical positional relationship between the wiring pattern 80a to be inspected and the spiral coil 70. When the spiral coil 70 is fixedly arranged with respect to a predetermined wiring pattern corresponding to the target site of the failure diagnosis, it is preferable to form a printed wiring pattern on the outer layer (front surface or back surface) or inner layer on the circuit board.
また、予め巻き線にて形成したコイルをテーピング部材などの固定部材を用いて電気的に非接触となるように、略密着して固定してもよい。この際には、たとえば、磁路の開口部断面が略円形若しくは楕円状にコイルを形成した後に、そのコイルを扁平状にしてから、診断対象部位に対応する位置に、診断対象部位の配線パターンとコイルの扁平面とが対向するように固定配置してもよい。 Further, a coil formed by winding in advance may be fixed in close contact with each other by using a fixing member such as a taping member so as to be electrically non-contact. In this case, for example, after the coil is formed so that the cross section of the opening of the magnetic path is substantially circular or elliptical, the coil is flattened, and then the wiring pattern of the diagnostic target part is located at a position corresponding to the diagnostic target part. And the coil flat surface may be fixedly disposed.
たとえば、図１３（Ｂ）に示すように、回路基板１０は、２枚の絶縁体８７が積層されており、一方（図では右側）の絶縁体８７ａの表面に配線パターン８０がプリント形成されている。そして、絶縁体８７ａを挟んだ配線パターン２６に対向する反対側の（図では左側）の絶縁体８７ｂの両面に形成されたプリント配線パターンにて、スパイラルコイル７０が形成されている。つまりスパイラルコイル７０は、回路を構成する回路基板（プリント配線基板）１０と同一基板上に構成されている。
For example, as shown in FIG. 13B, the
具体的には、スパイラルコイル７０は、対向する２層の導体層の一部を切り取ってできる複数の導体（それぞれ複数本配された第１の導体１３４および第２の導体１３５）をスルーホール（バイアホール）１３６を使用して所定の順に（巻き線を形成するように）接続して構成されている。スルーホール１３６の間には、絶縁体８７ｂと同様の絶縁体１３７ｃが配されている。こうすることで、配置の安定性がよくなる。
Specifically, the spiral coil 70 passes through a plurality of conductors (a plurality of
また、図１３（Ｃ）に示すように、上記実施の形態で示した同様に、回路基板１０とは別の支持基板４上にて診断対象部位の配線パターンとコイルの扁平面とが対向するように位置を合わせて近接配置してもよい。
Further, as shown in FIG. 13C, similarly to the above-described embodiment, the wiring pattern of the diagnosis target portion and the flat surface of the coil face each other on the
なお、スパイラルコイルを形成する際には、絶縁体３７ｂ内におけるスルーホール１３６の間に配されていた絶縁体１３７ｃやスルーホール１３６の外側を、絶縁性磁性体層に置き換えた構造としてもよい。つまり、スパイラルコイル７０を構成するために用いられる対向する２層の導体層（コイル層）間の一部に絶縁性の磁性材が層状に配置された構造としてもよい。
When forming the spiral coil, the insulator 137c or the outside of the through
２層の導体層間に絶縁性の磁性材を層状に配置する技術としては、たとえば特開平１１−４０９１５号に記載の技術を利用するのがよい。たとえば、絶縁性磁性体層を構成する磁性材として、絶縁性磁性体を用いるとよい。絶縁性磁性体は、たとえば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト微粒粉末、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト微粒粉末、センダスト微粒粉末、あるいはＬｉ系フェライト微粒粉末と、絶縁溶剤との混合物が用いられるとよい。絶縁溶剤にはエポキシ系絶縁溶剤が含まれる。 As a technique for arranging an insulating magnetic material in layers between two conductor layers, for example, a technique described in JP-A-11-40915 is preferably used. For example, an insulating magnetic material may be used as the magnetic material constituting the insulating magnetic material layer. As the insulating magnetic body, for example, a mixture of Ni—Zn ferrite fine powder, Mn—Zn ferrite fine powder, Sendust fine powder, Li-based ferrite fine powder and an insulating solvent may be used. The insulating solvent includes an epoxy insulating solvent.
２つのコイル層間に配置される絶縁性の磁性体として、両面に絶縁コーティングが施された金属箔が用いられてもよい。両面に絶縁コーティングが施された金属箔は、アモルファス磁性箔多層帯を含む。 As an insulating magnetic material disposed between two coil layers, a metal foil having an insulating coating on both surfaces may be used. A metal foil having an insulating coating on both sides includes an amorphous magnetic foil multilayer strip.
さらに、絶縁層１３７ｂ内におけるスルーホール１３６の間に配されていた絶縁体１３７ｃの部分に限らず、絶縁層１３７ｂの全体を絶縁性磁性体層に置き換えてもよい。つまり、スパイラルコイル７０を構成するために用いられる対向する２層の導体層（コイル層）間の全面領域に絶縁性の磁性材が層状に配置された構造としてもよい。
Furthermore, not only the portion of the insulator 137c disposed between the through
このように、スパイラルコイル７０を構成するために用いられる対向する２層の導体層（コイル層）間の一部または全面領域に絶縁性の磁性材を配することで、スパイラルコイル７０のインダクタンスを増大することができるので、スパイラルコイル７０による検知感度を向上させることができ、より精度の高い故障診断システムを構築することができる。 In this way, by disposing an insulating magnetic material on a part or the entire surface region between two opposing conductor layers (coil layers) used to configure the spiral coil 70, the inductance of the spiral coil 70 can be reduced. Since it can increase, the detection sensitivity by the spiral coil 70 can be improved, and a more accurate fault diagnosis system can be constructed.
なお、上述した一連の故障診断処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。一連の故障診断処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ（組込みマイコンなど）、あるいは、ＣＰＵ、論理回路、記憶装置などの機能を１つのチップ上に搭載して所望のシステムを実現するＳＯＣ（System On a Chip：システムオンチップ）、または、各種のプログラムをインストールすることで各種の機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータなどに、記録媒体からインストールされる。 The series of failure diagnosis processes described above can be executed by hardware, but can also be executed by software. When a series of fault diagnosis processes are executed by software, a program (such as an embedded microcomputer) in which a program constituting the software is incorporated in dedicated hardware, or a function of a CPU, logic circuit, storage device, etc. System-on-a-chip (SOC) that implements a desired system by mounting on a single chip, or a general-purpose personal that can execute various functions by installing various programs It is installed from a recording medium on a computer or the like.
この記録媒体は、コンピュータのハードウェア資源に備えられている読取装置に対して、プログラムの記述内容に応じて、磁気、光、電気などのエネルギの変化状態を引き起こして、それに対応する信号の形式で、読取装置にプログラムの記述内容を伝達できるものである。たとえば、コンピュータとは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory ）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ（Mini Disc ）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディア（可搬型の記憶媒体）により構成されるだけでなく、コンピュータに予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているＲＯＭやハードディスクなどで構成されてもよい。あるいは、ソフトウェアを構成するプログラムが、有線あるいは無線などの通信網を介して提供されてもよい。 This recording medium causes a change state of energy such as magnetism, light, electricity, etc. to a reading device provided in the hardware resource of a computer in accordance with the description contents of the program, and a corresponding signal format. Thus, the description content of the program can be transmitted to the reading device. For example, a magnetic disc (including a flexible disc), an optical disc (CD-ROM (Compact Disc-Read Only Memory)), a DVD (which is distributed to provide a program to a user separately from a computer, (Including Digital Versatile Disc), magneto-optical disc (including MD (Mini Disc)), or package media (portable storage media) made of semiconductor memory, etc. It may be configured by a ROM, a hard disk, or the like in which a program is recorded that is provided to the user in a state. Or the program which comprises software may be provided via communication networks, such as a wire communication or radio | wireless.
図１４は、ＣＰＵやメモリを利用してソフトウェア的に故障診断システムを構成する、すなわちパーソナルコンピュータなどの電子計算機を利用して故障診断システムを構築する場合のハードウェア構成の一例を示した図である。 FIG. 14 is a diagram showing an example of a hardware configuration in which a fault diagnosis system is configured by software using a CPU and a memory, that is, a fault diagnosis system is constructed using an electronic computer such as a personal computer. is there.
故障診断部９０を構成するコンピュータシステム９００は、ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）９０４、ＲＡＭ９０６、および通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）９０８を備える。ＲＡＭ９０６は、撮像画像データを格納する領域を含んでいる。
A computer system 900 constituting the
また、たとえばメモリ読出部９０７、ハードディスク装置９１４、フレキシブルディスク（ＦＤ）ドライブ９１６、あるいはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk ROM）ドライブ９１８などの、記憶媒体からデータを読み出したり記録したりするための記録・読取装置を備えてもよい。データは、データバスを通じて各ハードウェア間をやり取りされる。
Further, for example, a recording / reading for reading and recording data from a storage medium such as the
ハードディスク装置９１４、ＦＤドライブ９１６、あるいはＣＤ−ＲＯＭドライブ９１８は、たとえば、ＣＰＵ９０２に周波数変換や周波数解析などの処理をソフトウェアにて実行させるためのプログラムデータを登録するなどのために利用される。また、ハードディスク装置９１４は、処理対象データを格納する領域を含んでいる。
The
通信Ｉ／Ｆ９０８は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。またコンピュータシステム９００は、回路基板１０との間のインタフェースの機能をなすＩ／Ｆ部９３０を備える。
The communication I /
なお、上記実施の形態で示した故障診断部９０の各機能部分（特に比較判定部）の全ての処理をソフトウェアで行なうのではなく、これら機能部分の一部をハードウェアにて行なう処理回路９４０として設けてもよい。
It should be noted that the
回路基板１０には、故障診断部９０の一部を構成する回路部材２０として、アナログマルチプレクサ９５０、バッファ回路９５２、およびＡ／Ｄ変換部９５４が配されている。たとえば、検査対象部位としての複数の配線パターン８０に対応するように、アナログマルチプレクサ９５０が設けられている。回路基板１０上における検査対象の個々の配線パターン８０には、上述した信号変化検出部３０（たとえばコイル３２やコンデンサ３３；図ではコイルのみを示す）が配される。
On the
個々の信号変化検出部３０は、その一方の端子が共通にグランドに接続され、他方の端子が、個々に、アナログマルチプレクサ９５０の対応する入力端子に接続されている。アナログマルチプレクサ９５０の選択動作は、コンピュータシステム９００側のＩ／Ｆ部９３０からの制御信号ＭＰＸにより制御されるようになっている。
Each signal
アナログマルチプレクサ９５０の出力信号は、バッファ回路９５２を介してＡ／Ｄ変換部９５４によってデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換部９５４から出力されるデジタルの検知データは、図示しない出力バッファを介してコンピュータシステム９００側のＩ／Ｆ部９３０に入力される。
The output signal of the
このような構成のコンピュータシステム９００は、上記実施の形態に示した故障診断部９０の基本的な構成および動作と同様とすることができる。また、上述した処理をコンピュータに実行させるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２２などの記録媒体を通じて配布される。あるいは、プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ９２２ではなくＦＤ９２０に格納されてもよい。また、ＭＯドライブを設け、ＭＯに前記プログラムを格納してもよく、またフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリカード９２４など、その他の記録媒体に前記プログラムを格納してもよい。
The computer system 900 having such a configuration can be the same as the basic configuration and operation of the
さらに、他のサーバなどからインターネットなどの通信網を経由して前記プログラムをダウンロードして取得したり、あるいは更新したりしてもよい。なお、記録媒体としては、ＦＤ９２０やＣＤ−ＲＯＭ９２２などの他にも、ＤＶＤなどの光学記録媒体、ＭＤなどの磁気記録媒体、ＰＤなどの光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、ＩＣカードやミニチュアーカードなどの半導体メモリを用いることができる。
Further, the program may be downloaded and acquired from another server or the like via a communication network such as the Internet, or may be updated. In addition to the
記録媒体の一例としてのＦＤ９２０やＣＤ−ＲＯＭ９２２などには、上記実施の形態で説明した故障診断部９０における処理の一部または全ての機能を格納することができる。すなわち、ＲＡＭ９０６などにインストールされるソフトウェアは、上記実施の形態に示された故障診断部９０と同様に、比較判定部９８や特徴量抽出部、あるいは周波数解析部などの機能部をソフトウェアとして備える。このようなソフトウェアは、故障監視用のアプリケーションソフトとして、ＣＤ−ＲＯＭやＦＤなどの可搬型の記憶媒体に格納され、あるいはネットワークを介して配布されるとよい。
An
そして、故障診断部９０をコンピュータにより構成する場合、ＣＤ−ＲＯＭドライブ９１８は、ＣＤ−ＲＯＭ９２２からデータまたはプログラムを読み取ってＣＰＵ９０２に渡す。そしてソフトウェアはＣＤ−ＲＯＭ９２２からハードディスク装置９１４にインストールされる。ハードディスク装置９１４は、ＦＤドライブ９１６またはＣＤ−ＲＯＭドライブ９１８によって読み出されたデータまたはプログラムや、ＣＰＵ９０２がプログラムを実行することにより作成されたデータを記憶するとともに、記憶したデータまたはプログラムを読み取ってＣＰＵ９０２に渡す。
When the
ハードディスク装置９１４に格納されたソフトウェアは、ＲＡＭ９０６に読み出された後にＣＰＵ９０２により実行される。たとえばＣＰＵ９０２は、記録媒体の一例であるＲＯＭ９０４およびＲＡＭ９０６に格納されたプログラムに基づいて上記の処理を実行する。たとえば、先ず、正常動作時に、信号変化検出部３０の誘導起電力信号をアナログマルチプレクサ９５０で切り換えながら取り込み、ハードディスク装置９１４などの記憶装置に記憶させておく。次に、実際に回路を動作させて、信号変化検出部３０の信号を常時取り込みながら、ＣＰＵ９０２の指示に従い、ハードディスク装置９１４などに記憶しておいた正常時の波形と常時取り込んでいる波形とを常に比較し、あるいは波形を周波数変換して、実働時と正常時との間に差が生じた時に、故障と判定して、アラームを発するか故障内容を通知する。また、故障した際の波形の変化状態や周波数スペクトルの状態を詳細に解析することで、さらに故障内容を詳しく同定する。
The software stored in the
以上、本発明を上記実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using the said embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.
また、上記の実施の形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 The above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solution of the invention. Is not limited. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.
たとえば、上記実施の形態で示したコイル（スパイラルコイルを含む）やコンデンサでは、それらを診断対象部位に対応するようにプリント基板上にパターン形成する態様を示したが、これらは、パターン形成以外の手法にて形成してもかまわない。たとえば、予め巻き線にて形成したコイルを、テーピング部材などの固定部材を用いて電気的に非接触となるように固定してもよい。 For example, in the coil (including the spiral coil) and the capacitor shown in the above embodiment, the pattern is formed on the printed circuit board so as to correspond to the diagnosis target part. You may form by the method. For example, a coil previously formed by winding may be fixed using a fixing member such as a taping member so as to be electrically non-contact.
なお、上記実施の形態では、センシングするコイルやコンデンサの設置位置を回路基板にフレキシブル基板を近接した際に回路部周囲にくるように配置したが、これはもっとも必要な情報をセンシングできる位置に設置することを意味している。 In the above embodiment, the coil and capacitor to be sensed are placed so that they come around the circuit when the flexible board is close to the circuit board. However, this is installed at a position where the most necessary information can be sensed. Is meant to do.
また、上記実施の形態では、コイルやコンデンサを形成するものをフレキシブル基板とし、回路基板やケーブルなどに固定することを示唆したが、支持基板４となるフレキシブル基板を箱体に組立自在にしておき、検査対象となる回路基板やケーブルを箱体に組み立てた内部に収納して検査を行なうようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, it has been suggested that a coil or a capacitor is formed as a flexible board and fixed to a circuit board or a cable. However, the flexible board to be the
以上のように、本実施の形態では、電子回路から発する異音から回路基板の配線や搭載部品などの診断対象部位における故障の有無を診断する故障診断方法であって、診断対象部位の近傍に、信号変化検出部を前記診断対象部位に対して非接触かつ固定的に配置し、診断対象部位と信号変化検出部との間での静電的結合または電磁的結合により信号変化検出部に誘起される診断対象部位における信号変化に対応した電気信号を検出し、この検出した電気信号を周波数変換し、所定の周波数範囲で補正するとともに積分した値と、周波数特性に対してやはり所定の周波数範囲で算出した統計量とを解析することで、異音の原因となる診断対象部位の故障の有無を診断するとともに、電気的故障に対しては、検出した電気信号と予め取得しておいた診断対象部位の正常時または異常時における信号変化に対応した電気信号とを周波数解析することで、診断対象部位の電気的故障の有無を診断するようにした。
As described above, in this embodiment, there is a failure diagnosis method for diagnosing the presence or absence of a failure in a diagnosis target part such as a circuit board wiring or a mounted component from an abnormal sound emitted from an electronic circuit. The signal change detection unit is arranged in a non-contact and fixed manner with respect to the diagnosis target part, and is induced in the signal change detection part by electrostatic coupling or electromagnetic coupling between the diagnosis target part and the signal change detection unit. The electrical signal corresponding to the signal change in the diagnosis target part to be detected is detected, the detected electrical signal is frequency-converted, corrected in a predetermined frequency range, integrated, and the frequency characteristic is also in the predetermined frequency range. In addition to diagnosing the presence or absence of a failure in the diagnostic target part that causes abnormal noise, analyze the statistic calculated in
このため、機器に組み込み可能で回路動作をモニタしながら周囲の騒音に全く影響されずに異音を検出することが可能となり、異音発声の原因故障箇所を自動的に診断し特定することができる。さらに電気的特性を同時に検出するので、周波数解析により、回路の電気的な故障も細かに診断することができる。 For this reason, it is possible to detect abnormal noise without being affected by ambient noise while monitoring circuit operation, and it is possible to automatically diagnose and identify the cause of abnormal noise. it can. Furthermore, since the electrical characteristics are detected at the same time, the electrical failure of the circuit can be diagnosed in detail by frequency analysis.
また、信号変化検出部を固定的に配置しているので、診断箇所にプローブを近づけて観察したり、プローブを対象部位に近づけたりするためのメカニカルな手段を必要としない。パターン形成などの手法を利用した簡易な構造の信号変化検出部を診断対象部位に応じて、それぞれの場所に設けても、コストアップはさほど生じない。 In addition, since the signal change detection unit is fixedly arranged, there is no need for mechanical means for observing the probe close to the diagnosis location or for bringing the probe close to the target site. Even if a signal change detection unit having a simple structure using a technique such as pattern formation is provided at each location in accordance with the site to be diagnosed, the cost does not increase much.
これらのことにより、コスト面と故障診断の対象部位の設定の自由度という点で、利用者にとって、使い勝手のよい故障診断の仕組みを提供することができるようになった。 As a result, it has become possible to provide a user-friendly failure diagnosis mechanism in terms of cost and the degree of freedom in setting the target site for failure diagnosis.
よって、電子回路基板の故障診断において、複雑な故障診断回路を付加することなく、低コストでシステムに組み込み可能でしかも高精度に回路動作と異音をモニタできる故障診断システムを構築することができる。 Therefore, it is possible to construct a failure diagnosis system that can be incorporated into a system at low cost and can monitor circuit operation and abnormal noise with high accuracy without adding a complicated failure diagnosis circuit in failure diagnosis of an electronic circuit board. .
１ 故障診断システム
４ 支持基板
１０ 回路基板（電子回路）
３２ コイル（信号検出手段）
３３ コンデンサ
７０ スパイラルコイル
９０ 故障診断部
４４ 周波数変換部（変換手段）
４５ 異音指数算出部（算出手段）
４７ 異音故障判定部（判定手段）
４６ 統計処理部（検出手段）
５０ 比較判定部（判定手段）
1
32 coil (signal detection means)
33 Capacitor 70
45 Allophone index calculation part (calculation means)
47 Abnormal sound failure determination unit (determination means)
46 Statistical processing section (detection means)
50 Comparison determination unit (determination means)
Claims (13)
前記検出された信号を周波数成分に変換する変換手段と、
前記変換された周波数成分から、前記信号の変化に起因して発生する異音の大きさを表す物理量である異音指数を算出する算出手段と、
前記算出された異音指数に基づいて、前記電子回路に故障が発生しているか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記算出手段は、前記周波数成分の値を、周波数によって異なる人間の聴力の感度に対応する値に補正するための周波数に応じて予め定められた補正値で補正しかつ当該補正された前記周波数成分の値を、異音が発生するものとして予め定められた周波数の範囲内で積分することにより、前記異音指数を算出する
ことを特徴とする故障診断装置。 Signal detection means for detecting a signal flowing in the electronic circuit;
Conversion means for converting the detected signal into a frequency component;
Calculating means for calculating an abnormal sound index, which is a physical quantity representing the magnitude of the abnormal sound generated due to the change in the signal, from the converted frequency component;
Determination means for determining whether or not a failure has occurred in the electronic circuit based on the calculated abnormal sound index;
With
The calculation means corrects the value of the frequency component with a correction value determined in advance according to the frequency for correcting the value of the frequency component to a value corresponding to the sensitivity of human hearing depending on the frequency, and the corrected frequency component The failure diagnosing apparatus is characterized in that the abnormal noise index is calculated by integrating the value of within a predetermined frequency range in which abnormal noise is generated.
前記検出された信号を周波数成分に変換する変換手段と、
前記変換された周波数成分から、前記信号の変化に起因して発生する異音の大きさを表す物理量である異音指数を算出する算出手段と、
前記変換された周波数成分のピーク周波数とその強度、及び算出する周波数範囲での分散と標準偏差を検出する検出手段と、
前記算出された異音指数と前記検出された周波数成分のピーク周波数とその強度と、分散及び標準偏差とに基づいて、前記電子回路の故障個所を判定する判定手段と、
を備え、
前記算出手段は、前記周波数成分の値を、周波数によって異なる人間の聴力の感度に対応する値に補正するための周波数に応じて予め定められた補正値で補正しかつ当該補正された前記周波数成分の値を、異音が発生するものとして予め定められた周波数の範囲内で積分することにより、前記異音指数を算出する
ことを特徴とする故障診断装置。 Signal detection means for detecting a signal flowing in the electronic circuit;
Conversion means for converting the detected signal into a frequency component;
Calculating means for calculating an abnormal sound index, which is a physical quantity representing the magnitude of the abnormal sound generated due to the change in the signal, from the converted frequency component;
Detection means for detecting a peak frequency and its intensity of the converted frequency component, and dispersion and standard deviation in a frequency range to be calculated ;
Determination means for determining a failure location of the electronic circuit based on the calculated abnormal sound index, the peak frequency of the detected frequency component and its intensity, and variance and standard deviation ;
With
The calculation means corrects the value of the frequency component with a correction value determined in advance according to the frequency for correcting the value of the frequency component to a value corresponding to the sensitivity of human hearing depending on the frequency, and the corrected frequency component The failure diagnosing apparatus is characterized in that the abnormal noise index is calculated by integrating the value of within a predetermined frequency range in which abnormal noise is generated.
所定の回路基板上にプリント配線パターンにより形成された対向する２層の導体層の一部を切り取ってできる複数の導体と、
前記導体層を支持するとともに、前記複数の導体のそれぞれの間を垂直に接続するスルーホールが形成された支持層と、
を備えると共に、
前記スパイラルコイルの磁路長が、前記診断対象部位に応じた所定の配線パターンと略同一もしくは該配線パターン以下に設定されている
ことを特徴とする請求項９に記載の故障診断装置。 The spiral coil is
A plurality of conductors formed by cutting off a part of two opposing conductor layers formed by a printed wiring pattern on a predetermined circuit board;
While supporting the conductor layer, a support layer through hole is formed for connecting between each of the plurality of conductors vertically,
With
The fault diagnosis apparatus according to claim 9, wherein the magnetic path length of the spiral coil is set to be substantially the same as or less than a predetermined wiring pattern corresponding to the diagnosis target part.
前記積分された信号を、高周波領域と低周波領域とでそれぞれ異なるサンプリングクロックにてデジタル値に変換するデジタル変換部と、
を備え、
前記変換手段は、前記デジタル値を周波数成分に変換する、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の故障診断装置。 Integrating means for integrating the detected signal;
A digital converter that converts the integrated signal into a digital value using different sampling clocks in a high-frequency region and a low-frequency region; and
With
The converting means converts the digital value into a frequency component;
The fault diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the fault diagnosis apparatus is a fault diagnosis apparatus.
前記検出された信号を周波数成分に変換するステップと、
前記変換された周波数成分から、前記信号の変化に起因して発生する異音の大きさを表す物理量である異音指数を算出するステップと、
前記算出された異音指数に基づいて、前記電子回路に故障が発生しているか否かを判定するステップと、
を備え、
前記算出するステップでは、前記周波数成分の値を、周波数によって異なる人間の聴力の感度に対応する値に補正するための周波数に応じて予め定められた補正値で補正しかつ当該補正された前記周波数成分の値を、異音が発生するものとして予め定められた周波数の範囲内で積分することにより、前記異音指数を算出する
ことを特徴とする故障診断方法。 Detecting a signal flowing in the electronic circuit;
Converting the detected signal into a frequency component;
Calculating an abnormal sound index, which is a physical quantity representing the magnitude of the abnormal sound generated due to the change in the signal, from the converted frequency component;
Determining whether a failure has occurred in the electronic circuit based on the calculated abnormal sound index;
With
In the calculating step, the frequency component value is corrected with a correction value determined in advance according to a frequency for correcting the value of the frequency component to a value corresponding to the sensitivity of human hearing depending on the frequency, and the corrected frequency A failure diagnosis method, wherein the abnormal sound index is calculated by integrating component values within a predetermined frequency range in which abnormal sound is generated.
前記検出された信号を周波数成分に変換するステップと、
前記変換された周波数成分から、前記信号の変化に起因して発生する異音の大きさを表す物理量である異音指数を算出するステップと、
前記変換された周波数成分のピーク周波数とその強度、及び算出する周波数範囲での分散と標準偏差を検出するステップと、
前記算出された異音指数と前記検出された周波数成分のピーク周波数とその強度と、分散及び標準偏差とに基づいて、前記電子回路の故障個所を判定するステップと、
を備え、
前記算出するステップでは、前記周波数成分の値を、周波数によって異なる人間の聴力の感度に対応する値に補正するための周波数に応じて予め定められた補正値で補正した後、当該補正された前記周波数成分の値を、異音が発生するものとして予め定められた周波数の範囲内で積分することにより、前記異音指数を算出する
ことを特徴とする故障診断方法。 Detecting a signal flowing in the electronic circuit;
Converting the detected signal into a frequency component;
Calculating an abnormal sound index, which is a physical quantity representing the magnitude of the abnormal sound generated due to the change in the signal, from the converted frequency component;
Detecting the peak frequency of the converted frequency component and its intensity, and the variance and standard deviation in the frequency range to be calculated ;
Determining a fault location of the electronic circuit based on the calculated abnormal index, the peak frequency of the detected frequency component and its intensity, and variance and standard deviation ;
With
In the calculating step, the value of the frequency component is corrected with a correction value determined in advance according to a frequency for correcting to a value corresponding to the sensitivity of human hearing depending on the frequency, and then the corrected A failure diagnosis method, wherein the abnormal sound index is calculated by integrating the value of the frequency component within a predetermined frequency range in which abnormal sound is generated.
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