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  • 答案详细 不落一题 课后详解 是你学习好帮手
  • USB 协议分析仪器

    千次阅读 2013-12-10 15:57:01
    在做USB驱动或者设备开发的过程,遇到问题,需要分析USB协议,如果有USB协议分析仪器的话,就很容易分析出问题所在。 以下转自:...

    在做USB驱动或者设备开发的过程中,遇到问题,需要分析USB协议,如果有USB协议分析仪器的话,就很容易分析出问题所在。


    以下转自:http://www.crifan.com/more_example_to_show_usb_protocol_analysis_tool_ellisys_usb_analysis_software_result_sample/

    【背景】

    之前已经写了基本的USB教程了:

    USB基础知识概论

    其中就提到:

    其他一些USB测试和协议分析等软件

    其中有说到,用

    Ellisys USB Analysis Software

    去分析USB协议的。

    后来,在:

    http://www.silabs.com/Support%20Documents/Software/USB_Overview.pdf

    中看到更多的实际例子。

    先摘录于此,供参考。

     

    【用Ellisys USB Analysis Software分析USB协议的效果和截图示例】

    control transfer read example get_status command from host

    bulk interrupt transfer read example

    isochronous transfer out example

    standard requests example

    enumeration by ellisys virsual usb

    example for get_discriptor device

    data toggle in action our max packet size is 64 bytes

    passing the config descriptor 2 of 2

    more enumeration why getDescriptor device qualifier fail

    usb setting the baud rate for uart

    we use our bulk endpoints

     

    另外,再贴上,对应上面这些,带解释的USB抓包数据分析,的原始抓包的数据截图,

    只有其中一部分,仅供参考:

    ellisys visual usb originally captured for enumaration

    ellisys visual usb originally captured for get_descriptor device

    ellisys visual usb originally captured for data toggle in action

    ellisys visual usb originally captured for passing config descriptor

    ellisys visual usb originally captured for more enumeration

    ellisys visual usb originally captured for CDC Operation typing hello ufo

     

    【总结】

    Ellisys的这个USB Analysis Software,效果是真心不错的。

    图文并茂啊。


    展开全文
  • 电子设计大赛-仪器仪表类题目分析

    千次阅读 2020-10-03 14:06:52
    简易逻辑分析仪[6] (第6届,2003年) (1)设计任务   设计并制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪,其结构框图如图1.3.30所示: 2)设计要求 ①基本要求 第1部分:制作数字信号发生器   能产生8路可...

    文末下载完整资料

    简易电阻、电容和电感测试仪[2](第二届,1995年)

    (1)设计任务
      设计并制作一台数字显示的电阻、电容和电感参数测试仪,示意框图如图1.3.23所示。
    在这里插入图片描述
    (2)设计要求
    ①基本要求
    a. 测量范围:电阻100Ω~1MΩ;电容100pF~10000pF;电感100μH~10mH。
    b. 测量精度:±5% 。
    c. 制作4位数码管显示器,显示测量数值,并用发光二极管分别指示所测元件的类型和单位。
    ②发挥部分
    a. 扩大测量范围。
    b. 提高测量精度。
    c. 测量量程自动转换。

    简易数字频率计[3](第三届,1997年)

    (1)设计任务
    设计并制作一台数字显示的简易频率计。
    (2)设计要求
    ①基本要求
    第1部分:频率测量:
    a.测量范围 信号:方波、正弦波;幅度:0.5V~5V;频率:1Hz~1MHz
    b.测量误差≤0.1%
    第2部分:周期测量:
    a.测量范围 信号:方波、正弦波;幅度:0.5V~5V;频率:1Hz~1MHz
    b.测量误差≤0.1%
    第3部分:脉冲宽度测量:
    a.测量范围 信号:脉冲波;幅度:0.5V~5V;脉冲宽度≥100μs
    b.测量误差≤1%
    第4部分:显示器
      十进制数字显示,显示刷新时间1~10秒连续可调,对上述三种测量功能分别用不同颜色的发光二极管指示。
    第5部分:具有自校功能,时标信号频率为1MHz。
    第6部分:自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源。
    ②发挥部分
    a. 扩展频率测量范围为0.1Hz~10MHz(信号幅度0.5V~5V),测量误差降低为0.01%(最大闸门时间≤10s)。
    b. 测量并显示周期脉冲信号(幅度0.5V~5V、频率1Hz~1kHz)的占空比,占空比变化范围为10%~90%,测量误差≤1% 。
    c. 在1Hz~1MHz范围内及测量误差≤1%的条件下,进行小信号的频率测量,提出并实现抗干扰的措施。

    数字式工频有效值多用表[4](第四届,1999年)

    (1)设计任务题目
      设计并制作一个能同时对一路工频交流电(频率波动范围为50±1Hz、有失真的正弦波)的电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数进行测量的数字式多用表。参见图1.3.24。
    在这里插入图片描述
    (2)设计要求
    ①基本要求
    第1部分:测量功能及量程范围
    a. 交流电压:0~500V;
    b. 交流电流:0~50A;
    c. 有功功率:0~25kW;
    e. 无功功率:0~25kvar;
    f. 功率因数(有功功率/视在功率):0~1 。
    为便于本试题的设计与制作,设定待测0~500V的交流电压、0~50A的交流电流均已经相应的变换器转换为0~5V的交流电压。
    第2部分:准确度
    a. 显示为 位(0.000~4.999),有过量程指示;
    b. 交流电压和交流电流:±(0.8%读数+5个字),例:当被测电压为300V时,读数误差应小于± (0.8%×300V+0.5V)= 2.9V ;
    c. 有功功率和无功功率:±(1.5%读数+8个字);
    f. 功率因数:± 0.01 。
    第3部分:功能选择:用按键选择交流电压、交流电流、有功功率、无功功率和功率因数的测量与显示。
    ②发挥部分
    a. 用按键选择电压基波及总谐波的有效值测量与显示。
    b. 具有量程自动转换功能,当变换器输出的电压值小于0.5V时,能自动提高分辨力达0.01V。
    c. 用按键控制实现交流电压、交流电流、有功功率、无功功率在测试过程中的最大值、最小值测量。
    e. 其它(例如扩展功能,提高性能)。
    (3)说明
    a. 调试时可用函数发生器输出的正弦信号电压作为一路交流电压信号;再经移相输出代表同一路的电流信号。
    b. 检查交流电压、交流电流有效值测量功能时,可采用函数发生器输出的对称方波信号。电压基波、谐波的测试可用函数发生器输出的对称方波作为标准信号,测试结果应与理论值进行比较分析。

    频率特性测试仪[4](第四届,1999年)

    (1)设计任务
      设计并制作一个频率特性测试系统,包含测试信号源、被测网络、检波及显示三部分,如图1.3.25所示。
    在这里插入图片描述
    (2)设计要求
    ①基本要求
    第1部分:制作幅频特性测试仪
    a.频率范围:100Hz~100kHz;
    b.频率步进:10Hz;
    c.频率稳定度:10-4;
    d.测量精度:5% ;
    e.能在全频范围和特定频率范围内自动步进测量,可手动预置测量范围及步进频率值;
    f.LED显示,频率显示为5位,电压显示为3位,并能打印输出。
    第2部分:制作一被测网络
    a.电路型式:阻容双T网络;
    b. 中心频率:5kHz;
    c. 带宽:± 50Hz;
    e. 计算出网络的幅频和相频特性,并绘制相位曲线;
    f. 用所制作的幅频特性测试仪测试自制的被测网络的幅频特性。
    ②发挥部分
    a. 制作相频特性测试仪
    频率范围:500Hz~10kHz;
    相位度数显示:相位值显示为三位,另以一位作符号显示;
    测量精度:3° 。
    b. 用示波器显示幅频特性。
    c. 在示波器上同时显示幅频和相频特性。
    e. 其它。
    (3)说明
      发挥部分b、c均用所制作的频率特性测试仪测试自制的被测网络的幅频特性和相频特性。

    简易数字存储示波器[5](第五届,2001年)

    (1)设计任务
      设计并制作一台用普通示波器显示被测波形的简易数字存储示波器,示意图如图1.3.26所示。
    在这里插入图片描述
    (2)设计要求
    ①基本要求
    a. 要求仪器具有单次触发存储显示方式,即每按动一次“单次触发”键,仪器在满足触发条件时,能对被测周期信号或单次非周期信号进行一次采集与存储,然后连续显示。
    b. 要求仪器的输入阻抗大于100kΩ,垂直分辨率为32级/div,水平分辨率为20点/div;设示波器显示屏水平刻度为10div,垂直刻度为8div。
    c. 要求设置0.2s/div、0.2ms/div、20μs/div三档扫描速度,仪器的频率范围为DC~50kHz,误差≤5%。
    d. 要求设置0.1V/div、1V/div二档垂直灵敏度,误差≤5%。
    e. 仪器的触发电路采用内触发方式,要求上升沿触发、触发电平可调。
    f. 观测波形无明显失真。
    ②发挥部分
    a. 增加连续触发存储显示方式,在这种方式下,仪器能连续对信号进行采集、存储并实时显示,且具有锁存(按“锁存”键即可存储当前波形)功能。
    b. 增加双踪示波功能,能同时显示两路被测信号波形。
    c. 增加水平移动扩展显示功能,要求存储深度增加一倍,并且能通过操作“移动” 键显示被存储信号波形的任一部分。
    d. 垂直灵敏度增加0.01V/div档,以提高仪器的垂直灵敏度,并尽力减小输入短路时的输出噪声电压。
    e. 其它。
    (3)说明
      测试过程中,不能对普通示波器进行操作和调整。

    低频数字式相位测量仪[6](第六届,2003年)

    (1)设计任务
      设计并制作一个低频相位测量系统,包括相位测量仪、数字式移相信号发生器和移相网络三部分,示意图如图1.3.27~1.3.29所示。
    (2)设计要求
    ①基本要求
    第1部分:设计并制作一个相位测量仪(参见图1.3.17)
    a.频率范围:20Hz~20kHz。
    b.相位测量仪的输入阻抗≥100k 。
    c.允许两路输入正弦信号峰-峰值可分别在1V~5V范围内变化。
    d.相位测量绝对误差≤2°。
    e.具有频率测量及数字显示功能。
    f. 相位差数字显示:相位读数为0o~359.9o,分辨力为0.1°。
    第2部分:参考图1.3.18制作一个移相网络
    a.输入信号频率:100Hz、1kHz、10kHz。
    b.连续相移范围:-45°~+45°。
    c.A'、B'输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V~5V范围内变化。
    ②发挥部分
    第1部分:设计并制作一个数字式移相信号发生器(图1.3.29),用以产生相位测量仪所需的输入正弦信号,要求:
    a.频率范围:20Hz~20kHz,频率步进为20Hz,输出频率可预置。
    b.A、B输出的正弦信号峰-峰值可分别在0.3V~5V范围内变化。
    c.相位差范围为0~359°,相位差步进为1°,相位差值可预置。
    d.数字显示预置的频率、相位差值。
    第2部分:在保持相位测量仪测量误差和频率范围不变的条件下,扩展相位测量仪输入正弦电压峰-峰值至0.3V~5V范围。
    第3部分:用数字移相信号发生器校验相位测量仪,自选几个频点、相位差值和不同幅度进行校验。
    在这里插入图片描述
    第4部分:其它。
    (3)说明
    a. 移相网络的器件和元件参数自行选择,也可以自行设计不同于图2的移相网络。
    b. 基本要求b项中,当输入信号频率不同时,允许切换移相网络中的元件。
    c. 相位测量仪和数字移相信号发生器互相独立,不允许共用控制与显示电路。

    简易逻辑分析仪[6] (第6届,2003年)

    (1)设计任务
      设计并制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪,其结构框图如图1.3.30所示:
    在这里插入图片描述
    2)设计要求
    ①基本要求
    第1部分:制作数字信号发生器
      能产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列,输出信号为TTL电平,序列时钟频率为100Hz,并能够重复输出。逻辑信号序列示例如图1.3.31所示。
    第2部分:制作简易逻辑分析仪
    a.具有采集8路逻辑信号的功能,并可设置单级触发字。信号采集的触发条件为各路被测信号电平与触发字所设定的逻辑状态相同。在满足触发条件时,能对被测信号进行一次采集、存储。
    b.能利用模拟示波器清晰稳定地显示所采集到的8路信号波形,并显示触发点位置。
    c.8位输入电路的输入阻抗大于50kΩ,其逻辑信号门限电压可在0.25~4V范围内按16级变化,以适应各种输入信号的逻辑电平。
    d.每通道的存储深度为20bit。
    在这里插入图片描述
    ②发挥部分
    a. 能在示波器上显示可移动的时间标志线,并采用LED或其它方式显示时间标志线所对应时刻的8路输入信号逻辑状态。
    b. 简易逻辑分析仪应具备3级逻辑状态分析触发功能,即当连续依次捕捉到设定的3个触发字时,开始对被测信号进行一次采集、存储与显示,并显示触发点位置。3级触发字可任意设定(例如:在8路信号中指定连续依次捕捉到两路信号11、01、00作为三级触发状态字)。
    c. 触发位置可调(即可选择显示触发前、后所保存的逻辑状态字数)。
    e. 其它(如增加存储深度后分页显示等)。
    (3)说明
    a. 系统结构框图中的跳接线必须采取可灵活改变的接插方式。
    b. 数字信号的采集时钟可采用来自数字信号发生器的时钟脉冲clock。
    c. 测试开始后,参赛者不能对示波器进行任何调整操作。
    e. 题中涉及的“字”均为多位逻辑状态。如图1.3.31中纵向第一个字为一个8位逻辑状态字(00000101),而发挥部分中的3级触发字为2位逻辑状态。

    方案例:简易数字存储示波器[8]

    (1)简易数字存储示波器(方案1)
      简易数字存储示波器(方案1)方框图如图1.3.32所示。系统采用单片机和可编程器件作为数据处理及控制核心,将设计任务分解为通道信号调理、触发信号产生、采集存储、数据融合处理、显示、操作面板、掉电保护等功能模块。单片机完成人机界面、系统控制、信号分析、处理、变换,用CPLD完成采集控制逻辑及显示控制逻辑。
    在这里插入图片描述
    (2)简易数字存储示波器(方案2)
      简易数字存储示波器(方案2)方框图如图1.3.33所示。系统采用单片机与CPLD结合方式。数据采集采用高速模数转换器AD7822,直接用CPLD准确定时控制ADC的采样速率,实现整个频段的全速采样。
      数据存储器采用双口 RAM(IDT7132)存储采样量化后的波形数据,同样用CPLD控制RAM的地址线。IDT7132有两组相互隔离的数据线、地址线、片选线和读写控制线,它们可对RAM内部的存储单元同时进行读写操作,并且互不影响,这样就解决了高速存储和读取的问题。
      双踪显示只用一片模数转换器、一片存储器和一片数模转换器,以高速率切换模拟开关CLNO52分别选通两路信号进入采样电路,两路波形数据被存放在同一片存储器的奇、偶地址位。双踪显示时,光扫描奇数位地址的数据,再扫描偶数位地址的数据,从而实现双踪显示。
      幅度控制采用模拟开关 4O51、宽带运放 LM356,配合精密电位器实现垂直分辨率调节。 PZ口的三条控制线控制4051选通不同通道的接入电阻值,从而实现不同的放大倍数,达到程控放大的目的。
    在这里插入图片描述
    (3)简易数字存储示波器(方案3)
      简易数字存储示波器(方案3)方框图如图1.3.34所示。系统以AT89C52单片机控制系统为核心,辅以少量的必要的逻辑电路。可以利用有限的控制线和数据/地址总线,简化系统的硬件设计,并充分发挥数量不多的数字逻辑器件的作用,实现了整个题目的基本要求部分和扩展部分,由于数字器件的高速性,例如:采用高速的计数器74HC4040(4.5 V供电时,频率可达45 MHz),可编程计数定时器82C53(时钟频率可达8 Mllz)以及一些必要的逻辑器件的速度都可达数十兆赫,加上采用AHD57,足以使整个系统的采样储存速度高达 8 MHz,可以满足并超过题目对采集速度 1Mbps的要求。同时可以用软件实现系统的功能和对数据进行各种后期处理,改善人机界面。数据采集采用程控放大器PGA102。
    在这里插入图片描述

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  • 可靠性技术在医学仪器中的应用前景分析1 引言 可靠性研究起源于武器系统,经过近半个世纪的发展,已成为一门遍及各学科各行业的工程技术学科,已经从电子产品的可靠性发展到机械和非电子产品的可靠性,从硬件的...
    可靠性技术在医学仪器中的应用前景分析
    1 引言

      可靠性研究起源于武器系统,经过近半个世纪的发展,已成为一门遍及各学科各行业的工程技术学科,已经从电子产品的可靠性发展到机械和非电子产品的可靠性,从硬件的可靠性发展到软件的可靠性,从重视可靠性统计试验发展到强调可靠性工程试验,通过环境应力筛选和可靠性强化试验来暴露产品故障,提高产品的可靠性。从上个世纪70年代开始在医疗器械行业实际应用。可靠性在医疗设备中的应用也有一些特殊性。第一,医疗设备是以医疗、卫生、保健为目的,用于诊断、治疗、预防、科研、检测的仪器和装置,对结果的准确性要求较高,治疗设备又要求其不间断性;第二,涉及的学科知识较为综合,光学、机械、电子、计算机、材料、生化、核物理等等;随着自动化、小型化程度的提高,使得设备结构更加复杂,所用器件种类繁多,构成系统的设备复杂,系统规模越大,系统所处的环境越多样,发生系统故障的可能性也就越大,对操作维护人员的要求也就越高,设计制造的难度自然越大,可靠性的问题必然越多,对可靠性技术的要求也就越迫切。

      但可靠性技术医疗设备上的应用在国内却远未达到成熟。医疗设备技术人员普遍感觉可靠性预计、可靠性分配、可靠性评价等等都是统计、运筹学的问题,而作为机电、软件、材料专业的工程师,专业上的差异使可靠性和专业技术成了两张皮。医疗器械产品的特点是多品种小批量,没有实力特别强大的机构,对中小企业来说,没条件进行耗资较大的数据统计和可靠性增长试验,而且国内没有国家投资的专业研究机构从事这方面的研究并把研究结果给社会共享;最典型的是国内的设备制造企业很少有独立设立可靠性工程师的岗位,由此可见可靠性状况之一斑。国内医疗器械的产业细分较差,规模很小的企业都在从事整机生产,一切都自己来,这样有限的技术资源在公司内部被分散掉,即使想开展可靠性,也面对现实无从下手,零件、部件、整机都要做可靠性,人力和知识面都会和开发周期产生矛盾。所以得出一个根本性结论:可靠性对国内医疗设备的生产厂商和医疗机构的设备管理人员来说是十分必要的,但需要一个源于现实、符合现实、解决现实问题的具体方法,这就是本文探讨的重点。本文从可靠性管理、可靠性设计与分析、可靠性试验三个方面对医疗器械产品的可靠性工作进行初步探讨。

    2 可靠性管理

      可靠性是管理出来的,这是行业技术人员和管理人员必须建立的一个观念。管理的对象是研制过程中与可靠性有关的全部活动,重点是可靠性设计和可靠性试验活动。设计、试验、生产过程是统一整体,任何一个环节的失败都会导致全盘皆输;因此,管理工作要贯穿研制全过程,从研制一开始就抓,要有一个全面的计划。产品的可靠性取决于它的薄弱环节,所以制定计划、实施管理时要抓住少数关键,突出重点,以提高可靠性工作的有效性。

      可靠性工作的主要任务是防止故障的产生,控制故障发生的概率,纠正已经发生的故障;因此必须建立故障报告、分析和纠正措施系统(FRACAS),从管理程序上和组织结构上保证货真价实的故障审查,保证研制过程中所有的故障能及时报告、认真分析、正确纠正、防止再现,从而实现产品的可靠性增长。

      从大的方面来讲,是在医疗器械行业的整个流程实现故障控制,从原材料采购、设计、注册取证、生产质量控制、售后服务、交货验收、使用跟踪、使用过程维护管理都需要控制,而且每个环节发生的问题都要有可操作的流程确保信息及时反馈到设计生产单位,形成一个闭环。而现在的行业特征在交货验收、使用跟踪、使用过程维护管理环节的可靠性数据严重短缺,部分厂家做得比较好,重视服务跟踪,收集的数据就完善一些,实力较弱的企业收集得就很差,即使大企业收集的多的也仅限于其自家的产品,远远代表不了行业同类产品的可靠性数据,对行业同类产品的可靠性提高远远不够。

      从小的方面来讲是设计生产企业内部的故障控制,故障分析、可靠性预设计、生产控制、服务跟踪,这些在行业监管的方面近几年加强了很多,ISO9001的体系审查从体系上对产品可靠性在设计生产服务环节进行了要求,《YY/T0316-2003医疗器械-风险管理-风险管理对医疗器械的应用》的推行也提供了技术法规标准依据。

    3 可靠性设计与分析

      产品的设计决定了产品可靠性,如果在设计阶段没有认真考虑可靠性设计与分析,以后无论怎么精心制造、严格管理、合理使用,都难以达到高的可靠性要求。可靠性设计和分析的目的是挖掘和确定产品潜在的隐患和薄弱环节,通过在设计过程中采取预防和改进措施,有效地消除隐患和薄弱环节;因此,在进行产品性能设计的同时,应该进行可靠性设计和分析工作,做到预防为主。

    3.1 可靠性建模、预计和分配

      可靠性模型就是建立可靠性框图和数学模型,通过模型定量定性评估可靠性各环节的可靠性薄弱点和产品的系统设计结构。

      可靠性预计根据组成系统的元件、部件和分系统的可靠性来推测系统的可靠性,这是一个由局部到整体、由小到大、自下而上的综合过程。可靠性预计作为设计手段,为设计决策提供依据,预先发现设计中的薄弱环节,加以改进。

      可靠性分配指根据规定的可靠性指标,分配给组成该系统的分系统、设备,直到规定的产品层次,这是一个由整体到局部,由大到小,自上而下的分解过程。可靠性分配的目的在于使各级设计人员明确其可靠性设计要求,根据要求估计所需的人力、时间和资源,并研究实现这个要求的可能性及办法。

      在对可靠性知识不甚明了的机构推行可靠性的最简单的方法就是推行可靠性建模预计和分配的基本概念,用最简单的方法进行一下可靠性预分析。以笔者实际工作为例,一台机器的面膜按键有个“确认”键,工作流程是这样:按电源开关——开机自检——设置参数——设置结束后“确认”键——进入工作状态。这个过程以机器能正常工作为目标,确认键就是一个关键环节,对它的可靠性就要进行认真对待,面膜按键的加工方式、加工厂家就成了影响可靠性的致命问题。这是一个串联系统(如下图),

      由此可以看出,不仅仅是电源部分最关键,如果有后备电源,且后备电源一直在线,那么电源在可靠性方面的重要性反而不如“确认”键了(如下图)。因为有网电源和电池两条路径,对电源来说这是并联结构,“确认”键是唯一的路径,所以对其可靠性应该加强。

      笔者作为电子工程师,经过分析才突然认识到,不仅仅液晶屏、驱动装置、传感器、电源才是关键部件。通过分析能从可靠性的思维方式上帮我们发现很多类似的问题。

    3.2 可靠性数据收集

      可靠性分析以统计数据为基础,现实情况是样本比较少。所以如何尽可能扩大统计样本数量和样本故障现象的实用价值,就需要较为复杂的工作。

      一是通过可靠性试验,可以确定医疗器械产品在各种环境条件下工作或储存时的可靠性特征量,为产品的设计、生产、使用提供有用的数据,并在试验中充分暴露产品在设计、原材料、元器件、工艺等方面存在的问题。然后通过失效分析、质量控制等一系列反馈措施,使存在的问题逐步得到解决,从而提高产品的可靠性水平。

      二是进行现场调查,对医疗器械产品的现场使用情况进行的调查,从广义上来说,任何与医疗器械产品的使用情况、失效情况或故障情况有关的调查,都可认为是可靠性调查。与可靠性试验相比,在人力物力上可以节省许多。如果认真进行,也可以取得有意义的信息,甚至更切合实际情况。这就是说,也可以通过对调查结果的统计汇总和失效分析,对医疗器械产品进行可靠性评价,找出可靠性薄弱环节,提出改进措施,以提高其可靠性。所以,可靠性现场调查也是医疗器械可靠性工作中的重要环节之一。现场调查的首要任务是收集有关医疗器械产品现场使用可靠性的数据,其内容有观察总体、工作条件、故障情况、维修情况、失效现象与有关可靠性水平方面的数据。应当注意的是,可靠性数据不仅是失效方面的数据,还必须包括未失效方面的数据。需注意的是,调查是追踪回忆式的,数据由医务人员提供,容易造成故障情况描述不够确切、数据不够准确的弊病;现场调查受到人力物力的限制,样本数受到限制,有的因不能深入医疗现场,只能依赖于修理部门的记录统计,尚有一定的局限性。

      三是在医院调查时,应将临床使用和维修两方面结合起来,才能获得更接近实际的结果,不仅仅是收集临床应用情况,还要收集医工部门的维修维护评价。

      第一部分生产单位自行解决即可,第二、三部分作为行业学术组织其实可以开展一些工作,利用学会成员的工作便利,积累完善的数据,例如收集X光机的常见故障及原因,分类为设计原因、环境原因、使用者原因、生产控制原因、使用培训不足等,作为开放数据为行业企业、科研机构、评价机构、用户提供参考。

    3.3 故障模式、影响及危害性分析(FMECA)和故障树分析(FTA)

      故障模式、影响及危害性分析是在产品设计过程中,通过对产品各组成单元潜在的各种故障模式及其对产品功能的影响进行分析,并把每一个潜在的故障模式按它的严酷度予以分类,量化每种故障模式影响的致命程度,提出可以采取的预防改进措施,以提高产品的可靠性。它是一种系统化的故障预想技术,通过运用归纳的方法,系统地分析产品设计可能存在地每一种故障模式及其产生的后果和危害程度,通过全面分析找出设计薄弱环节,实施重点改进和控制。

      故障树分析法是在系统设计过程中,通过对可能造成系统故障的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素等)进行分析,画出逻辑框图,从而确定系统故障原因的各种可能组合方式及其发生概率,以计算系统故障概率,通过采取相应纠正措施,提高系统的可靠性。它是一种系统化的详细的故障调查方法,通过运用演绎法寻找导致系统某种故障的各种基本原因,从而构造一个连接故障因果关系的逻辑结构图,通过对故障逻辑关系的分析,找出故障发生的所有路径与关键路径,以便采取改进措施或控制方法。

      FMECA是单因素分析,即在分析单元故障模式对系统的影响时,是假定其它所有单元无故障作为条件的;而FTA则追溯系统失效的根源,深入到故障组合关系。FMECA和FTA必须与设计工作同步进行,FMECA的结果应作为改进设计的参考,通过FTA,找到系统薄弱环节,提供改进方法。FMECA是FTA的一种准备,FTA是FMECA的发展和补充,二者相辅相成。通过FMECA和FTA,可以为产品维修手册的编写提供丰富的素材和依据。

    3.3 可靠性设计方法

      通过可靠性分析,找出了产品的薄弱环节和隐患,只有通过在工程上采取可靠性设计技术,才能真正提高产品的可靠性。下面根据医疗设备的特点,结合一些实例,介绍的一些应用广泛的可靠性设计技术。

    3.3.1 耐环境设计

      耐环境设计是指产品在冲击、振动、潮湿、高低温、盐雾、霉菌、核辐射、电磁等恶劣环境下,由于部分单元难以承受这些环境应力的影响而产生故障,通过采取环境防护设计措施,减少这些环境应力对产品的影响,提高产品的使用寿命和可靠性。

      例如:医疗设备常采用大规模集成电路,如COMS、CCD,一旦受到静电冲击,容易烧毁,因此设计时应该考虑防静电措施。在潮湿的环境中(南方梅雨季节),一些医疗设备若存放时间较长,容易受潮发生短路,一方面加强产品防潮设计,另一方面明确产品的使用环境,规定维护保养要求。对于一些精密的医疗设备,由于吸附灰尘后同时吸附了水分和有害腐蚀气体,加速了生锈,散热性能降低,有可能因绝缘强度降低而发生短路漏电现象,因此应做好整体防尘,进行空气过滤等措施。由航天系统可靠性与工程技术专家编写的可靠性设计准则类的书籍对具体设计方法进行了明确的要求,比如进风口必须加空气过滤网,冷却风在机箱内的通路必须保证由低温模块向高温模块流动等等,可以借鉴为设计人员的参考规范。

    3.3.2 元器件、零部件的选用和控制

      元器件是电子、电气系统的基础产品,零部件是机械系统的基础产品,它们的性能、可靠性、费用等参数直接影响整个系统(最终产品)的性能、可靠性、费用。若在研制阶段早期,对元器件、零部件的选用和控制予以重视,建立相应的控制机构,制定优选的目录和清单,必能大大提高系统的优化程度。

      例如:对于一些医疗设备,由于长时间运转,其中的机械部件磨损严重,会导致医疗设备的机械动作不到位。随着时间的推移,一些元器件会逐渐老化、绝缘条件下降,橡胶密封器件也会老化;容易产生电路故障,压力达不到标准的要求。因此,在选用元器件、零部件时,应考虑产品的使用频率、寿命、环境和可靠性指标;对于一时没有满足设计要求的元器件、零部件时,可以考虑备份更换易损部件,加强维修策略。

    3.3.3 余度设计

      余度设计是指在产品设计时,用一套以上的设备(器件、线路、能源等)来完成规定的任务。余度设计可以提高产品的任务可靠性,但是由于增加了系统的复杂性、体积、重量,使系统的基本可靠性降低了,因此应根据产品的研制目标及限制条件进行综合权衡。

      例如:对于一些关系人体生命安全的医疗设备,如果在使用过程,因为产品故障,导致人身安全出问题,是不能容忍的。因此,在一些重要的医疗设备,设计时采取冗余措施,充分考虑各种应急情况,保证在使用过程中的安全性。

    3.3.4 充分考虑人对系统可靠性的影响

      无论何种医疗系统的研制、生产和使用都是由人来完成的。人为故障占了相当的比例,据303中心医院袁家平先生等人的研究数据,对2800例医电仪器故障统计分类,环境系统故障1176例,占42%,操作系统故障829例,占29.6%,仪器系统故障795例,占28.4%。由此可见,环境/仪器故障/操作构成了三大核心故障因素。随着医疗设备的精度提高和智能化程度提高,人对系统的影响越来越大。研究人对医疗设备的可靠性问题实质上是研究人的可靠性问题。人的作用对不同的设备因时、因地而不同,人为因素包括人员缺乏系统训练、环境条件不好、技术资料不全面、管理不到位等;同样,操作错误、装配错误、设计错误、维修错误、安装错误等也会导致医疗设备不能正常工作或损坏。

    4 可靠性试验和评价

      产品的可靠性是设计、制造和管理出来的,还必须有一个试验验证环节构成闭环。通过可靠性试验,发现产品在设计、材料和工艺方法的各种缺陷,确认是否符合可靠性定量要求,为改善产品可靠性,减少维修保障费用提供信息。可靠性试验分为工程试验和统计试验两大类:可靠性工程试验的目的在于暴露产品的薄弱环节和缺陷,并采取纠正措施加以排除;可靠性统计试验的目的主要在于验证产品的可靠性定量指标。可靠性工程试验包括环境应力筛选、可靠性增长试验、可靠性研制试验等。可靠性统计试验包括可靠性鉴定试验、可靠性验收试验、寿命试验等。根据医疗设备的研制特点,为了尽早暴露产品设计、生产中的缺陷,采取改进措施,提高产品可靠性,应加强可靠性工程试验,辅助开展可靠性统计试验。

      目前,在实际中应用比较广泛的可靠性工程试验是环境应力筛选。环境应力筛选是通过施加特定的机械应力、电应力、热应力等环境应力,使元器件、工艺方面的潜在缺陷加速发展成为早期故障,并加以排除,从而提高产品的使用可靠性。环境应力筛选是一种剔除产品潜在缺陷的手段,是一种检验工艺,对于电子、光电、机电产品,应该进行此项工作。

      可靠性评价包含工程评价和统计评估两部分。为了确定产品的可靠性定量指标,必须在研制和使用阶段,积极收集产品的可靠性数据,同时适当开展可靠性鉴定试验和寿命试验,为统计评估提供数据。

    5 结束语

      本文从工程学的角度,在可靠性管理、可靠性设计和分析、可靠性试验三个方面,初步探讨了一下医疗设备研制中的可靠性工作, 希望能引起医疗设备研制者重视可靠性工作,为医疗设备的研制提供一点借鉴。


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  • 常用电子仪器的使用

    千次阅读 2013-01-17 17:39:50
    1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表、频率计等的主要技术指标、性能及正确使用方法。 2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。 ...

    一、实验目的

    1、学习电子电路实验中常用的电子仪器——示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表、频率计等的主要技术指标、性能及正确使用方法。

    2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。

    3、学习用万用表判别二极管、三极管管脚的方法及判断它们的好坏。

    二、实验原理

      在模拟电子电路实验中,经常使用的电子仪器有示波器、函数信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。它们和万用电表一起,可以完成对模拟电子电路的静态和动态工作情况的测试。

    实验中要对各种电子仪器进行综合使用,可按照信号流向,以连线简捷,调节顺手,观察与读数方便等原则进行合理布局,各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1-1所示。接线时应注意,为防止外界干扰,各仪器的共公接地端应连接在一起,称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线,示波器接线使用专用电缆线,直流电源的接线用普通导线。

    图1-1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图

    1、示波器

    示波器是一种用途很广的电子测量仪器,它既能直接显示电信号的波形,又能对电信号进行各种参数的测量。在电路分析中我们介绍过其结构、工作原理和使用方法,现着重指出下列几点:

    1)、寻找扫描光迹

    将示波器Y轴显示方式置“Y1”或“Y2”,输入耦合方式置“GND”,开机预热后,若在显示屏上不出现光点和扫描基线,可按下列操作去找到扫描线:①适当调节亮度旋钮。②触发方式开关置“自动”。③适当调节垂直/>/>)、水平(/>)“位移”旋钮,使扫描光迹位于屏幕中央。(若示波器设有“寻迹”按键,可按下“寻迹”按键,判断光迹偏移基线的方向。)

    2)、双踪示波器一般有五种显示方式,即“Y1”、“Y2”、“Y1Y2”三种单踪显示方式和“交替”“断续”二种双踪显示方式。“交替”显示一般适宜于输入信号频率较高时使用。“断续”显示一般适宜于输入信号频率较底时使用。

    3)、为了显示稳定的被测信号波形,“触发源选择”开关一般选为“内”触发,使扫描触发信号取自示波器内部的Y通道。

    4)、触发方式开关通常先置于“自动”调出波形后,若被显示的波形不稳定,可置触发方式开关于常态”,通过调节“触发电平”旋钮找到合适的触发电压,使被测试的波形稳定地显示在示波器屏幕上。有时,由于选择了较慢的扫描速率,显示屏上将会出现闪烁的光迹,但被测信号的波形不在X轴方向左右移动,这样的现象仍属于稳定显示。

    5)、适当调节“扫描速率”开关及“Y轴灵敏度”开关使屏幕上显示一~二个周期的被测信号波形。在测量幅值时,应注意将“Y轴灵敏度微调”旋钮置于“校准”位置,即顺时针旋到底,且听到关的声音。在测量周期时,应注意将“X轴扫速微调”旋钮置于“校准”位置,即顺时针旋到底,且听到关的声音。还要注意“扩展”旋钮的位置。

    根据被测波形在屏幕坐标刻度上垂直方向所占的格数(divcm)与“Y轴灵敏度”开关指示值(v/div)的乘积,即可算得信号幅值的实测值。根据被测信号波形一个周期在屏幕坐标刻度水平方向所占的格数(divcm)与“扫速”开关指示值(t/div)的乘积,即可算得信号频率的实测值。

    2、函数信号发生器

    函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20VP-P。通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮,可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。

    函数信号发生器作为信号源,它的输出端不允许短路。

    3、交流毫伏表

    交流毫伏表只能在其工作频率范围之内,用来测量正弦交流电压的有效值。为了防止过载而损坏,测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上,然后在测量中逐档减小量程。

    4.用万用表判断二极管的极性

    1)、晶体二极管管脚极性、质量的判别

    晶体二极管由一个PN结组成,具有单向导电性,其正向电阻小(一般为几百欧)而反向电阻大(一般为几十千欧至几百千欧),利用此点可进行判别。

    1)管脚极性判别

    将万用表拨到R×100(或R×1K)的欧姆档,把二极管的两只管脚分别接到万用表的两根测试笔上,如图1-3所示。如果测出的电阻较小(约几百欧),则与万用表黑表笔相接的一端是正极,另一端就是负极。相反,如果测出的电阻较大(约百千欧),那么与万用表黑表笔相连接的一端是负极,另一端就是正极。

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    12 万用表电阻档等值电路      1-3图 判断二极管极性

    2)判别二极管质量的好坏

    一个二极管的正、反向电阻差别越大,其性能就越好。如果双向电值都较小,说明二极管质量差,不能使用;如果双向阻值都为无穷大,则说明该二极管已经断路。如双向阻值均为零,说明二极管已被击穿。

    利用数字万用表的二极管档也可判别正、负极,此时红表笔(插在“V·Ω”插孔)带正电,黑表笔(插在“COM”插孔)带负电。用两支表笔分别接触二极管两个电极,若显示值在1V以下,说明管子处于正向导通状态,红表笔接的是正极,黑表笔接的是负极。若显示溢出符号“1”,表明管子处于反向截止状态,黑表笔接的是正极,红表笔接的是负极。

    5. 用万用表判断三极管的管脚

    1)晶体三极管管脚、质量判别

    可以把晶体三极管的结构看作是两个背靠背的PN结,对NPN型来说基极是两个PN结的公共阳极,对PNP型管来说基极是两个PN结的公共阴极,分别如附图14所示。

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    aNPN           (bPNP

    1-4晶体三极管结构示意图

    1)管型与基极的判别

    万用表置电阻档,量程选1K档(或R×100),将万用表任一表笔先接触某一个电极—假定的公共极,另一表笔分别接触其他两个电极,当两次测得的电阻均很小(或均很大),则前者所接电极就是基极,如两次测得的阻值一大、一小,相差很多,则前者假定的基极有错,应更换其他电极重测。

    根据上述方法,可以找出公共极,该公共极就是基极Β,若公共极是阳极,该管属NPN型管,反之则是PNP型管。

    2)发射极与集电极的判别

    为使三极管具有电流放大作用,发射结需加正偏置,集电结加反偏置。如图1-5所示。

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    a) NPN型    (b)PNP

    1-5晶体三极管的偏置情况

    当三极管基极B确定后,便可判别集电极C和发射极E,同时还可以大致了解穿透电流ICEO和电流放大系数?的大小。

    PNP型管为例,若用红表笔(对应表内电池的负极)接集电极C,黑表笔接E极,(相当CE极间电源正确接法),如图1-6所示,这时万用表指针摆动很小,它所指示的电阻值反映管子穿透电流ICEO的大小(电阻值大,表示ICEO小)。如果在CB间跨接一只RB100K电阻,此时万用表指针将有较大摆动,它指示的电阻值较小,反映了集电极电流ICICEO?IB的大小。且电阻值减小愈多表示?愈大。如果CE极接反(相当于C-E间电源极性反接)则三极管处于倒置工作状态,此时电流放大系数很小(一般<1)于是万用表指针摆动很小。因此,比较C-E极两种不同电源极性接法,便可判断C极和E极了。同时还可大致了解穿透电流ICEO和电流放大系数β的大小,如万用表上有hFE插孔,可利用hFE来测量电流放大系数β。

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    1-6 晶体三极管集电极C、发射极E的判别

    三、实验设备与器件

    1、函数信号发生器 2、双踪示波器

      3、交流毫伏表、万用表   4、二极管、三极管

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