本發(fā)明涉及接觸電阻在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，更確切地說，它涉及一種高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)裝置及方法。
背景技術(shù)：
1、接觸電阻是電連接器的關(guān)鍵指標(biāo)之一，用來表征電連接器接觸性能的好壞。在高溫環(huán)境下監(jiān)測(cè)接觸點(diǎn)的接觸電阻時(shí)，由于溫度-電阻耦合效應(yīng)，電阻變化由兩部分組成：一部分是可逆變化，即溫度波動(dòng)引起的電阻變化，另一部分是不可逆變化，即材料氧化、磨損導(dǎo)致的電阻永久性增大，造成接觸性能退化。接觸電阻監(jiān)測(cè)需要去除溫度波動(dòng)引起的電阻變化，保留接觸電阻退化量，當(dāng)退化值達(dá)到失效閾值時(shí)，判定接觸點(diǎn)失效。常規(guī)的接觸電阻監(jiān)測(cè)是在試驗(yàn)設(shè)備停止?fàn)顟B(tài)下后，等接觸點(diǎn)冷卻至常溫，待溫度波動(dòng)引起的電阻變化自然消除后，再采用電流表、電壓表根據(jù)歐姆定律計(jì)算得到，但這種方法不能實(shí)現(xiàn)接觸電阻的在線監(jiān)測(cè)，不能捕捉接觸點(diǎn)的瞬斷事件，另外操作麻煩，增加了試驗(yàn)成本。
2、卡爾曼濾波（kf）基于線性狀態(tài)轉(zhuǎn)移和觀測(cè)模型，但由于熱膨脹滯后、材料相變會(huì)造成電阻的非線性響應(yīng)，無法被kf準(zhǔn)確建模。同時(shí)，過程噪聲協(xié)方差和觀測(cè)噪聲協(xié)方差需人工設(shè)定，在非高斯噪聲、時(shí)變?cè)肼曄卖敯粜圆?。kf還缺乏長期建模能力，無法捕捉老化趨勢(shì)，導(dǎo)致長期預(yù)測(cè)不可靠。lstm直接輸入含噪原始信號(hào)時(shí)，高頻噪聲會(huì)導(dǎo)致模型過擬合瞬態(tài)波動(dòng)，穩(wěn)態(tài)預(yù)測(cè)誤差增大。純數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的lstm可能生成違背物理規(guī)律的預(yù)測(cè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)裝置及方法。
2、第一方面，提供了一種高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)裝置，包括：
3、接觸點(diǎn)，用于形成待測(cè)接觸電阻；接觸點(diǎn)設(shè)置在高溫箱內(nèi)且接觸點(diǎn)兩端連接有耐高溫導(dǎo)線；
4、熱電偶，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高溫箱的箱內(nèi)溫度；熱電偶的輸出端與處理器相連；
5、恒流源系統(tǒng)，用于向接觸點(diǎn)施加恒定測(cè)試電流并動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電流值；恒流源系統(tǒng)與處理器相連；
6、信號(hào)調(diào)理電路，用于濾除電壓信號(hào)中的高頻干擾；信號(hào)調(diào)理電路連接所述接觸點(diǎn)；
7、數(shù)據(jù)采集卡，用于高速采集電壓信號(hào)；數(shù)據(jù)采集卡與所述信號(hào)調(diào)理電路連接；
8、處理器，用于計(jì)算所述接觸點(diǎn)的接觸電阻初步值并補(bǔ)償溫度變化引起的接觸電阻增量，得到補(bǔ)償后接觸電阻真實(shí)值。
9、作為優(yōu)選，所述處理器包括：
10、計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述恒流源系統(tǒng)的電流值和所述數(shù)據(jù)采集卡的電壓值計(jì)算接觸電阻初步值；
11、補(bǔ)償模塊，基于卡爾曼濾波和長短期記憶網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合所述熱電偶的溫度數(shù)據(jù)，補(bǔ)償溫度引起的電阻變化，輸出接觸電阻真實(shí)值。
12、作為優(yōu)選，還包括：反饋模塊；所述反饋模塊輸入端與所述處理器補(bǔ)償模塊輸出端相連，根據(jù)預(yù)設(shè)的接觸電阻真實(shí)值梯度與測(cè)量電流值對(duì)應(yīng)表，輸出當(dāng)前接觸電阻真實(shí)值梯度所對(duì)應(yīng)測(cè)量電流值的反饋信號(hào)給所述恒流源系統(tǒng)輸入端。
13、作為優(yōu)選，還包括：瞬斷監(jiān)測(cè)模塊，所述瞬斷監(jiān)測(cè)模塊輸入端與所述處理器補(bǔ)償模塊輸出端相連，根據(jù)瞬斷電阻閾值及持續(xù)時(shí)間閾值，判斷接觸電阻真實(shí)值是否超過瞬斷電阻閾值且持續(xù)時(shí)間超過時(shí)間閾值。
14、作為優(yōu)選，所述瞬斷監(jiān)測(cè)模塊還與報(bào)警器相連。
15、第二方面，提供了高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)方法，由第一方面任一所述的裝置執(zhí)行，包括：
16、s1、通過恒流源系統(tǒng)向接觸點(diǎn)施加恒定電流，并采集電壓值；
17、s2、計(jì)算模塊根據(jù)電流和電壓值得到接觸電阻初步值；
18、s3、補(bǔ)償模塊結(jié)合熱電偶的溫度值，利用卡爾曼濾波和物理約束的lstm網(wǎng)絡(luò)，補(bǔ)償溫度變化引起的接觸電阻增量，輸出接觸電阻真實(shí)值；
19、s4、反饋模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的接觸電阻真實(shí)值梯度與測(cè)量電流值對(duì)應(yīng)表，輸出當(dāng)前接觸電阻真實(shí)值梯度所對(duì)應(yīng)測(cè)量電流值的反饋信號(hào)給恒流源系統(tǒng)輸入端；恒流源系統(tǒng)輸入端根據(jù)反饋信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電流值；
20、s5、瞬斷監(jiān)測(cè)模塊判斷接觸電阻真實(shí)值是否超過瞬斷電阻閾值，若接觸電阻真實(shí)值超過瞬斷電阻閾值且持續(xù)時(shí)間超過時(shí)間閾值，則觸發(fā)報(bào)警。
21、作為優(yōu)選，s3包括：
22、s301、通過加權(quán)平均去除溫度信號(hào)的隨機(jī)噪聲，保留低頻趨勢(shì)；
23、s302、采用中心差分法計(jì)算去噪后的溫度估計(jì)值和接觸電阻初步值的變化率；
24、s303、進(jìn)行卡爾曼濾波狀態(tài)估計(jì)，通過多變量聯(lián)合估計(jì)，從噪聲觀測(cè)中分離基值電阻和基值溫度；
25、s304、通過動(dòng)態(tài)門控機(jī)制區(qū)分當(dāng)前狀態(tài)屬于瞬態(tài)階段或穩(wěn)態(tài)階段，并生成lstm網(wǎng)絡(luò)的混合輸入；
26、s305、通過物理約束的lstm網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)溫度引起的可逆電阻變化量，并輸出接觸電阻真實(shí)值。
27、作為優(yōu)選，s304中，所述lstm網(wǎng)絡(luò)含有短期記憶層和長期記憶層。
28、作為優(yōu)選，s4中，所述恒流源系統(tǒng)輸入端根據(jù)反饋信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電流值，包括：若當(dāng)前接觸電阻增大則反饋給恒流源系統(tǒng)增大電流輸出，若當(dāng)前接觸電阻減小則反饋給恒流源系統(tǒng)減小電流輸出。
29、本發(fā)明的有益效果是：
30、1.?在本發(fā)明的基于卡爾曼濾波和物理約束的lstm網(wǎng)絡(luò)中，kf通過動(dòng)態(tài)融合觀測(cè)值與模型預(yù)測(cè)，實(shí)時(shí)輸出去噪后的基值狀態(tài)，為lstm提供干凈輸入。lstm基于kf的去噪結(jié)果，建模溫度-電阻的非線性關(guān)系，彌補(bǔ)kf的線性假設(shè)缺陷。通過動(dòng)態(tài)門控的自適應(yīng)切換瞬態(tài)階段和穩(wěn)態(tài)階段時(shí)的輸入。在lstm的長期記憶單元中強(qiáng)制注入氧化動(dòng)力學(xué)方程，確保退化速率隨溫度升高指數(shù)增長。即使訓(xùn)練數(shù)據(jù)不足，物理約束也可防止模型生成違背材料科學(xué)的預(yù)測(cè)。kf的噪聲協(xié)方差和lstm權(quán)重通過梯度下降聯(lián)合優(yōu)化，自適應(yīng)不同工況。
31、2.?本發(fā)明整個(gè)測(cè)量過程無需停止試驗(yàn)設(shè)備且冷卻后專門測(cè)量，節(jié)省了試驗(yàn)時(shí)間；采用的補(bǔ)償模塊，根據(jù)當(dāng)前高溫箱中的溫度自適應(yīng)地對(duì)接觸電阻進(jìn)行修正，提高了接觸電阻在線監(jiān)測(cè)的精度；本發(fā)明采用的反饋模型，使得恒流源能夠根據(jù)接觸電阻波動(dòng)的情況自適應(yīng)地調(diào)整測(cè)量電流；再者，測(cè)量過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)接觸電阻的瞬斷狀態(tài)，避免了靜態(tài)測(cè)量下無法捕獲瞬斷事件的缺點(diǎn)。
32、3.?接觸電阻是評(píng)估電連接器壽命與可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)，靜態(tài)下的定時(shí)測(cè)量方式無法實(shí)時(shí)捕捉接觸電阻的波動(dòng)響應(yīng)，忽略了瞬斷事件對(duì)電連接器壽命與可靠性的影響，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。采用本發(fā)明的自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)裝置及方法能夠極大的降低試驗(yàn)成本，獲取更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高電連接器壽命評(píng)估的效率。
1.一種高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述處理器包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，還包括：反饋模塊；所述反饋模塊輸入端與所述處理器補(bǔ)償模塊輸出端相連，根據(jù)預(yù)設(shè)的接觸電阻真實(shí)值梯度與測(cè)量電流值對(duì)應(yīng)表，輸出當(dāng)前接觸電阻真實(shí)值梯度所對(duì)應(yīng)測(cè)量電流值的反饋信號(hào)給所述恒流源系統(tǒng)輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，還包括：瞬斷監(jiān)測(cè)模塊，所述瞬斷監(jiān)測(cè)模塊輸入端與所述處理器補(bǔ)償模塊輸出端相連，根據(jù)瞬斷電阻閾值及持續(xù)時(shí)間閾值，判斷接觸電阻真實(shí)值是否超過瞬斷電阻閾值且持續(xù)時(shí)間超過時(shí)間閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述瞬斷監(jiān)測(cè)模塊還與報(bào)警器相連。
6.一種高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，由權(quán)利要求1至5任一所述的裝置執(zhí)行，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，s3包括：
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，s304中，所述lstm網(wǎng)絡(luò)含有短期記憶層和長期記憶層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高溫環(huán)境下自補(bǔ)償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，s4中，所述恒流源系統(tǒng)輸入端根據(jù)反饋信號(hào)動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出電流值，包括：若當(dāng)前接觸電阻增大則反饋給恒流源系統(tǒng)增大電流輸出，若當(dāng)前接觸電阻減小則反饋給恒流源系統(tǒng)減小電流輸出。