本發(fā)明涉及接觸電阻在線監(jiān)測領(lǐng)域，更確切地說，它涉及一種高溫環(huán)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測裝置及方法。
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)測接觸點的接觸電阻時，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)測需要去除溫度波動引起的電阻變化，保留接觸電阻退化量，當(dāng)退化值達到失效閾值時，判定接觸點失效。常規(guī)的接觸電阻監(jiān)測是在試驗設(shè)備停止?fàn)顟B(tài)下后，等接觸點冷卻至常溫，待溫度波動引起的電阻變化自然消除后，再采用電流表、電壓表根據(jù)歐姆定律計算得到，但這種方法不能實現(xiàn)接觸電阻的在線監(jiān)測，不能捕捉接觸點的瞬斷事件，另外操作麻煩，增加了試驗成本。
2、卡爾曼濾波（kf）基于線性狀態(tài)轉(zhuǎn)移和觀測模型，但由于熱膨脹滯后、材料相變會造成電阻的非線性響應(yīng)，無法被kf準(zhǔn)確建模。同時，過程噪聲協(xié)方差和觀測噪聲協(xié)方差需人工設(shè)定，在非高斯噪聲、時變噪聲下魯棒性差。kf還缺乏長期建模能力，無法捕捉老化趨勢，導(dǎo)致長期預(yù)測不可靠。lstm直接輸入含噪原始信號時，高頻噪聲會導(dǎo)致模型過擬合瞬態(tài)波動，穩(wěn)態(tài)預(yù)測誤差增大。純數(shù)據(jù)驅(qū)動的lstm可能生成違背物理規(guī)律的預(yù)測。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種高溫環(huán)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測裝置及方法。
2、第一方面，提供了一種高溫環(huán)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測裝置，包括：
3、接觸點，用于形成待測接觸電阻；接觸點設(shè)置在高溫箱內(nèi)且接觸點兩端連接有耐高溫導(dǎo)線；
4、熱電偶，用于實時監(jiān)測高溫箱的箱內(nèi)溫度；熱電偶的輸出端與處理器相連；
5、恒流源系統(tǒng)，用于向接觸點施加恒定測試電流并動態(tài)調(diào)整輸出電流值；恒流源系統(tǒng)與處理器相連；
6、信號調(diào)理電路，用于濾除電壓信號中的高頻干擾；信號調(diào)理電路連接所述接觸點；
7、數(shù)據(jù)采集卡，用于高速采集電壓信號；數(shù)據(jù)采集卡與所述信號調(diào)理電路連接；
8、處理器，用于計算所述接觸點的接觸電阻初步值并補償溫度變化引起的接觸電阻增量，得到補償后接觸電阻真實值。
9、作為優(yōu)選，所述處理器包括：
10、計算模塊，用于根據(jù)所述恒流源系統(tǒng)的電流值和所述數(shù)據(jù)采集卡的電壓值計算接觸電阻初步值；
11、補償模塊，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)，補償溫度引起的電阻變化，輸出接觸電阻真實值。
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償模塊輸出端相連，根據(jù)預(yù)設(shè)的接觸電阻真實值梯度與測量電流值對應(yīng)表，輸出當(dāng)前接觸電阻真實值梯度所對應(yīng)測量電流值的反饋信號給所述恒流源系統(tǒng)輸入端。
13、作為優(yōu)選，還包括：瞬斷監(jiān)測模塊，所述瞬斷監(jiān)測模塊輸入端與所述處理器補償模塊輸出端相連，根據(jù)瞬斷電阻閾值及持續(xù)時間閾值，判斷接觸電阻真實值是否超過瞬斷電阻閾值且持續(xù)時間超過時間閾值。
14、作為優(yōu)選，所述瞬斷監(jiān)測模塊還與報警器相連。
15、第二方面，提供了高溫環(huán)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測方法，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)向接觸點施加恒定電流，并采集電壓值；
17、s2、計算模塊根據(jù)電流和電壓值得到接觸電阻初步值；
18、s3、補償模塊結(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)，補償溫度變化引起的接觸電阻增量，輸出接觸電阻真實值；
19、s4、反饋模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的接觸電阻真實值梯度與測量電流值對應(yīng)表，輸出當(dāng)前接觸電阻真實值梯度所對應(yīng)測量電流值的反饋信號給恒流源系統(tǒng)輸入端；恒流源系統(tǒng)輸入端根據(jù)反饋信號動態(tài)調(diào)整輸出電流值；
20、s5、瞬斷監(jiān)測模塊判斷接觸電阻真實值是否超過瞬斷電阻閾值，若接觸電阻真實值超過瞬斷電阻閾值且持續(xù)時間超過時間閾值，則觸發(fā)報警。
21、作為優(yōu)選，s3包括：
22、s301、通過加權(quán)平均去除溫度信號的隨機噪聲，保留低頻趨勢；
23、s302、采用中心差分法計算去噪后的溫度估計值和接觸電阻初步值的變化率；
24、s303、進行卡爾曼濾波狀態(tài)估計，通過多變量聯(lián)合估計，從噪聲觀測中分離基值電阻和基值溫度；
25、s304、通過動態(tài)門控機制區(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)測溫度引起的可逆電阻變化量，并輸出接觸電阻真實值。
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)反饋信號動態(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通過動態(tài)融合觀測值與模型預(yù)測，實時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kf的線性假設(shè)缺陷。通過動態(tài)門控的自適應(yīng)切換瞬態(tài)階段和穩(wěn)態(tài)階段時的輸入。在lstm的長期記憶單元中強制注入氧化動力學(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。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)明整個測量過程無需停止試驗設(shè)備且冷卻后專門測量，節(jié)省了試驗時間；采用的補償模塊，根據(jù)當(dāng)前高溫箱中的溫度自適應(yīng)地對接觸電阻進行修正，提高了接觸電阻在線監(jiān)測的精度；本發(fā)明采用的反饋模型，使得恒流源能夠根據(jù)接觸電阻波動的情況自適應(yīng)地調(diào)整測量電流；再者，測量過程中實時監(jiān)測接觸電阻的瞬斷狀態(tài)，避免了靜態(tài)測量下無法捕獲瞬斷事件的缺點。
32、3.?接觸電阻是評估電連接器壽命與可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)，靜態(tài)下的定時測量方式無法實時捕捉接觸電阻的波動響應(yīng)，忽略了瞬斷事件對電連接器壽命與可靠性的影響，且費時費力。采用本發(fā)明的自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測裝置及方法能夠極大的降低試驗成本，獲取更多試驗數(shù)據(jù)，提高電連接器壽命評估的效率。
1.一種高溫環(huán)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測裝置，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫環(huán)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測裝置，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)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測裝置，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償模塊輸出端相連，根據(jù)預(yù)設(shè)的接觸電阻真實值梯度與測量電流值對應(yīng)表，輸出當(dāng)前接觸電阻真實值梯度所對應(yīng)測量電流值的反饋信號給所述恒流源系統(tǒng)輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高溫環(huán)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測裝置，其特征在于，還包括：瞬斷監(jiān)測模塊，所述瞬斷監(jiān)測模塊輸入端與所述處理器補償模塊輸出端相連，根據(jù)瞬斷電阻閾值及持續(xù)時間閾值，判斷接觸電阻真實值是否超過瞬斷電阻閾值且持續(xù)時間超過時間閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫環(huán)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述瞬斷監(jiān)測模塊還與報警器相連。
6.一種高溫環(huán)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測方法，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)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測方法，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)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測方法，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)境下自補償?shù)慕佑|電阻在線監(jiān)測方法，其特征在于，s4中，所述恒流源系統(tǒng)輸入端根據(jù)反饋信號動態(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。