傳感器的故障分類及其診斷方法

1、傳感器的故障分類及其診斷方法故障主要包括：徹低失效故障、固定偏差故障、漂移偏差故障和精度下降四類。1所示。圖1 傳感器的故障類型其中，失效故障是指傳感器測量的驟然失靈，測量值向來為某一常數(shù);偏差故障主要是指傳感器的測量值與真切值相差某一恒定常數(shù)的一類故障，從圖中可見，有故障的測量與無故障的測量是平行的;漂移故障是指傳感器測量值與真切值的差值隨時(shí)問的增強(qiáng)而發(fā)生化的一類故障;精度下降是指傳感器的測量能力變差，精度變低。精度等級(jí)降低時(shí)，測量的平均值并沒有發(fā)生變幻，而是測量的方差發(fā)生變幻。固定偏差故障和漂移故障都是不簡單發(fā)覺的故障，在故障發(fā)生的過程中會(huì)引起一系列的無法預(yù)計(jì)的問題，使控制系統(tǒng)長久不能正常

2、發(fā)揮作用。傳感器的故障分類方式1、按傳感器故障程度分類按傳感器故障程度的大小可分為硬故障和軟故障。硬故障泛指結(jié)構(gòu)損壞導(dǎo)致的故障，普通幅值較大，變幻驟然;軟故障泛指特性的變異，幅值較小，變幻緩慢。硬故障也稱徹低故障，徹低故障時(shí)測量值不隨實(shí)際變幻而變幻，始終保持某一讀數(shù)。通常這一恒定值普通是零或者最大讀數(shù)。故障測量值大致是一條水平直線。軟故障包括數(shù)據(jù)偏差、漂移、精度等級(jí)下降等。軟故障相對較小，難于被發(fā)覺，因此，從某種意義上來講，軟故障危害比硬故障危害更大，其危害逐漸引起了人們的重視。2、按故障存在的表現(xiàn)分類按故障存在的表現(xiàn)可分為間歇性故障和永遠(yuǎn)性故障。間歇性故障時(shí)好時(shí)壞;永遠(yuǎn)性故障失效后，不能再復(fù)

3、原正常。3、按照故障發(fā)生、進(jìn)展的進(jìn)程分類按照故障發(fā)生、進(jìn)展的進(jìn)程可分為突變故障和緩變故障。突變故障信號(hào)變幻速率大;緩變故障信號(hào)變幻速率小。4、按故障的緣由分類按故障緣由可分為偏差故障，沖擊故障，開路故障，漂移故障，短路故障，周期性干擾，非線性死區(qū)故障。偏差故障的故障緣由為：偏置或偏置等;沖擊故障的故障緣由是：電源和地線中的隨機(jī)干擾，浪涌、電火花放電，d/a變換器中的毛刺等;開路故障的故障緣由：信號(hào)線斷、芯片管腳沒連上等;漂移故障的故障緣由：溫等;短路故障的故障緣由：污染引起的橋路腐蝕、線路短接等;周期性干擾的故障緣由：電源50 hz干擾等;非線性死區(qū)故障的故障緣由：飽和、含有非線性環(huán)節(jié)等。另外

4、，從建模、的角度動(dòng)身，可分為乘性故障和加性故障。對于偏置故障，在原信號(hào)上加上一個(gè)恒定或隨機(jī)的小信號(hào);對于沖擊干擾，可在原信號(hào)上疊加一個(gè)脈沖信號(hào);對于短路故障，信號(hào)臨近于零;開路故障，信號(hào)臨近傳感器輸出最大值;漂移故障，信號(hào)以某一速率偏移原信號(hào);周期性干擾故障，原信號(hào)上疊加某一頻率的信號(hào)。傳感器故障的診斷辦法從不同角度動(dòng)身，故障診斷辦法的分類不徹低相同。現(xiàn)容易地將故障診斷辦法分為：基于解析數(shù)學(xué)模型的辦法和不依靠于數(shù)學(xué)模型的辦法。1、基于解析數(shù)學(xué)模型的辦法按照殘差產(chǎn)生的形式不同，基于解析數(shù)學(xué)模型的辦法可以進(jìn)一步分為：參數(shù)估量法、狀態(tài)估量法和等價(jià)空間法。基于模型的故障診斷辦法，是一種最早進(jìn)展起來的診

5、斷辦法，同時(shí)也是一種討論、應(yīng)用最廣泛的診斷辦法。優(yōu)點(diǎn)是模型機(jī)理清晰，結(jié)構(gòu)容易，易實(shí)現(xiàn)，易分析，可實(shí)時(shí)診斷。在故障診斷領(lǐng)域具有重要的地位，在今后的進(jìn)展中依舊會(huì)是傳感器故障診斷辦法的主要討論方向。缺點(diǎn)是計(jì)算量大，系統(tǒng)復(fù)雜;存在建模誤差，模型的適應(yīng)性差;牢靠性差，簡單浮現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)等現(xiàn)象;外部擾動(dòng)的魯棒性，系統(tǒng)的噪聲和干擾不敏感。目前，這種診斷辦法的討論成績?nèi)匀恢饕杏诰€性系統(tǒng)，對深化討論非線性系統(tǒng)的通用故障診斷技術(shù)具有重要的意義，同時(shí)，魯棒性問題也具有很高的討論價(jià)值。表l介紹了模型法中一些故障診斷辦法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。表1模型法中一些故障診斷辦法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)的比較2、不依靠于數(shù)學(xué)模型的故障診斷辦法當(dāng)

6、前，控制系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，因?yàn)閷?shí)際中很難建立控制系統(tǒng)的精確解析數(shù)學(xué)模型，當(dāng)存在建模誤差時(shí)，基于模型的故障診斷辦法將浮現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)等現(xiàn)象，因此不依靠于模型的故障診斷辦法受到了人們的高度重視。不依靠數(shù)學(xué)模型的辦法的優(yōu)點(diǎn)是不需要對象的精確模型，并且適應(yīng)性強(qiáng)。其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難于實(shí)現(xiàn)。這種不依靠于系統(tǒng)模型的故障診斷辦法可分為基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的辦法的故障診斷辦法、基于學(xué)問的故障診斷辦法和基于離散大事的辦法等。2.1 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的辦法基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的辦法有兩大類：信號(hào)處理辦法和統(tǒng)計(jì)辦法。常用的一些基于信號(hào)處理的故障診斷辦法有：肯定值檢驗(yàn)和趨勢檢驗(yàn)，利用kullb ack信息準(zhǔn)則的故障檢測，基于自適應(yīng)滑動(dòng)lattice的故障檢測辦法，基于信號(hào)模態(tài)估量的故障檢測辦法相關(guān)分析法、小波分析辦法和信息融合辦法等。2.2 基于學(xué)問的辦法基于學(xué)問的故障診斷辦法協(xié)可分為基于癥狀的故障診斷辦法和基于定性模型的故障診斷辦法兩種。2.3 基于離散大事的辦法基于離散大事的故障診斷辦法是近年來進(jìn)展起來的一種新型故障診斷辦法。其基本思想是：離散大事模型的狀態(tài)既反映