传感器的故障诊断技术研究

传感器的故障诊断技术研究

摘要】：现如今，在信息技术快速发展的背景下，传感器的重要性日益凸显，

被广泛运用于多个领域，比如工业、农业、航天等，其好坏会直接影响到设备的

运行现状，甚至还涉及安全问题，尤其是用来提供控制信号的传感器，关乎系统

是否正常运行。然而，实际情况不理想，因传感器的工作环境较为恶劣，分布范

围广，数据量大，致使该部位常常出现故障。调查显示，大约82%的控制系统无效，根源在于传感器与执行器，如果仅修复传感器，收效甚微。因而，需要合理

应用传感器故障诊断技术。

【关键词】：传感器；故障诊断技术；研究

传感器故障检测和诊断技术作为一门综合学科，主要是为满足工程需求，该

门学科的探究牵涉多个领域，比如故障诊断方法、故障诊断理论等。当前，故障

诊断技术已引起国内外关注，一度成为自动控制的一个分支，具有较强的实用性，值得利用和推广。全文对传感器故障诊断技术展开研究，并详细论述了故障诊断

方法。

1.传感器故障和故障诊断概述

故障是指系统在运行时出现异常情况，或多数元器件无法正常发挥功能致使

系统陷入瘫痪的事件。故障检测是为第一时间找出系统中的故障，及时发出警报。一般来说，在检测出系统出现故障的前提下，应立即判断故障类型、估测故障大小、分离故障部件。在容错控制系统中，能运用硬件余度、解析余度等技术，确

保系统可以顺利运行[1]。关于传感器故障诊断的定义包含两种含义，分别为：第

一种指手提式诊断器，当维修人员检修设备时，主要检查系统故障；第二种指应

用计算机将系统进行解析冗余，并对工况进行分析，找出引发故障的根源，最后

获得结论。

2.传感器故障种类

通常情况下，传感器故障包含：全部失效故障、固定偏差故障、精度下降等

类型（如图1所示）。

图1所示

失效故障主要指传感器测量骤然失控，测量值仍旧为一个固定常数；偏差故

障指传感器测量值和实际值存在偏差，在图1中，无故障和有故障之间的测量为

平行；漂移故障指传感器测量值和实际值间的差值，伴随时间的推移不断发生改变；精度下降指传感器测量功能减弱，精确度降低。

当精度等级下降时，测量平均值不变，测量方差发生改变。其中，偏差故障

与漂移故障均不易找出故障，一旦出现故障，必然会引发诸多问题，导致控制系

统无法运行。传感器故障大多依照如下方式展开分类。

2.1依照传感器故障程度划分

按照传感器故障程度大小划分为软件、硬件故障。硬件故障指外部结构被破

坏的故障，幅值大，变化快速；该故障又被称为全部故障，其测量值不变，持续

为一个特定常数，比如零或最大读数。另外，该故障的测量值大多为水平直线。

软件故障指特性变异，幅值小，变化较慢，包含数据偏差、精度下降等。该故障

同样不易被找到，破坏性强。

2.2依照故障表现分类

按照故障表现划分为间歇性、永久性故障。前者指故障忽好忽坏，后者指故障一

旦失效以后，无法被恢复。

2.3按照故障出现进展划分

依照故障出现进展划分为缓变故障、突变故障。前者指信号变化速率较小，后者

相反。

2.4依照故障成因划分

按照故障成因划分为冲击、偏差、漂移等故障。故障种类和成因如表1所示。

站在建模角度，被划分成乘性故障、加性故障。关于偏置故障，一般在原信

号的基础上加随机小信号；关于冲击干扰，同样在原信号上加脉冲信号；短路故

障的信号和零接近；开路故障的信号和输出值接近；漂移故障的信号和原信号偏移。

3.传感器故障诊断方法

3.1基于解析数学模型的方法

依照残差出现方式，被划分以下几种方法，分别为：参数估计法、等价空间法等。关于模型故障诊断方法，起源早，运用范围广泛，具备结构单一、容易分析、即

时诊断等优点。但计算量大、易于出现建模误差、可靠性低。当前，大多将上述

诊断方法运用于线性系统，为日后探究故障诊断技术提供支撑。表2详细论述了

故障诊断方法的优势与不足。

3.2不依赖于数学模型的方法

最近几年来，控制系统日益复杂，因无法创建精确的数学模型，加之建模存

在误差，容易出现漏报情况，基于此，不依赖于数学模型的诊断方法引起关注。

该种方法无需提供精确模型，较强的适应性；不足之处在于结构相对复杂，实现

难度加大。基于上述诊断方法可划分以下几种方法，比如离散事件方法、知识故

障诊断方法等。

3.2.1基于数据驱动方法

该种方法又被划分为两种类型，分别为统计方法、信号处理方法。基于信号

处理的方法包含趋势检验、绝对值检验。采取Lattice滤波器检测方法、小波分析

方法等。

3.2.2基于知识方法

该种诊断方法被划分成两种类型，比如基于状态的诊断方法、基于定性模型

的诊断方法。

3.2.3基于离散事件方法

该种诊断方法作为一种现代化诊断方法，引起广泛关注。其主要以离散事件模型

为核心，不仅可以反映系统正常运行的情况，还能反映系统出现故障的现状。

4.结语

综上所述，从诊断学视觉来看，无论哪一种诊断信息均模糊、不明确。随意

一类诊断对象，不能用单一、片面的信息来反映其现状。各种诊断方法均具备自

身特征，适宜多种故障类型。对于繁琐、复杂的系统而言，大多采取多种诊断方

法创建诊断系统。从传感器的发展现状来看，应运用合理、科学的诊断方法，对

于其日后发展具有指导意义。

【参考文献】：