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位移傳感器的故障分類與診斷方法
編輯:深圳市米朗科技有限公司   時間:2018-10-23

      位移傳感器是位移、物位、角度、速度、加速度、壓力等測控領域較為常見的測量元器件,但是在高低溫、振動、潮濕、粉塵、腐蝕性環境長期工作極易發生故障。因此,自動化領域位移傳感器的故障研究與診斷技術具有重要的意義。常規的診斷方法是直接分析出現故障問題的位移傳感器輸出信號,逐項排除各項可能的干擾因素,直至接觸故障問題。此診斷方法有效性高,不過效率較低。對于傳感器數量較多的系統及在線測控系統影響較為嚴重。如何建立快速、高效、科學、健全的位移傳感器故障診斷體系對自動化技術深度發展與應用意義重大。


常用的位移傳感器故障診斷方法有: 

1、基于數學模型的方法

    (1)參數估計診斷法

    (2)狀態估計診斷法

    (3)等價空間診斷法

2、基于信號處理的方法

    (1)直接測量

    (2)小波變換    

    (3)輸出信號處理

    (4)信息匹配

    (5)信息融合

    (6)信息模型

3、基于人工智能的故障診斷方法

    (1)基于專家系統的故障診斷方法

    (2)基于神經網絡的故障診斷方法

    (3)基于圖論的模型推理方法

    (4)基于模板的數學診斷方法

    (5)基于定性模型的方法


       位移傳感器故障主要包括:完全失效故障、固定偏差故障、漂移偏差故障與精度下降。完全失效故障是指位移傳感器在正常使用中突然失靈;偏差故障主要是指位移傳感器的測量值與真實值相差某一恒定常數;漂移故障是指位移傳感器的測量值與真實值的差值隨時間的增加而規律性遞增;精度下降則是指位移傳感器測控性能下降,測量精度下降。完全失效故障通常是傳感器硬件遭到嚴重損壞,或者傳感器供電電路、信號輸出電路、采集系統異常,無法正常轉換、輸出數據。完全失效故障對集中測控系統影響最大,技術方面修復也比較困難。固定偏差故障與漂移故障比較常見,測量的誤差規律性較強,往往可通過系統補償與電路補償減小或者消除對系統測量的影響。測量精度下降主要是指位移傳感器(如:電阻式直線位移傳感器)在使用過程中內部測量元件磨損造成的測量誤差增大。從某種意義上講,位移傳感器結構損壞導致的硬故障通常變化幅度較大,時間短促,比較容易發現并及時處理。由固定偏差故障、漂移偏差故障與精度下降導致的軟故障變化幅度較小,變化緩慢,很難被發現。在故障發生過程中常會引起一系列無法預計的問題,使控制系統長期不能正常發揮作用。因此軟故障的危害比應故障危害更大,在自動化領域也越來越受到人們的重視。


根據引發故障的原因分類,主要分為:

      偏差故障的故障原因為:偏置電流或偏置電壓等;

      沖擊故障的故障原因是:電源和地線中的隨機干擾、浪涌、電火花放電、、變換器中的毛刺等;

      開路故障的故障原因:信號線斷、芯片針腳焊接不良等;

      漂移故障的故障原因:溫升過大等;

      短路故障的故障原因:污染引起的橋路腐蝕、線路短接等;

      周期性干擾的故障原因:電源諧波干擾等;

      非線性死區故障的故障原因:放大器飽和、含有非線性環節等。

      位移傳感器故障診斷方法從不同角度出發,診斷方法也不完全相同。現簡單地將故障診斷方法分為:基于解析數學模型的方法和不依賴于數學模型的方法。


1、基于解析數學模型的方法

     基于模型的故障診斷方法,是一種最早發展起來的診斷方法,同時也是一種研究、應用最廣泛的診斷方法。此診斷方法模型機理清楚,結構簡單,易實現,易分析,可實時診斷。在故障診斷領域具有重要的地位,在今后的發展中依然會是傳感器故障診斷方法的主要研究方向。不過存在計算量大,系統復雜;存在建模誤差,模型的適應性差;可靠性差,容易出現誤報、漏報等現象;外部擾動的魯棒性,系統的噪聲和干擾不敏感等缺點。目前,基于解析數學模型的診斷方法的研究成果仍然主要集中于線性系統,對深入研究非線性系統的通用故障診斷技術具有重要的意義。


2、不依賴于數學模型的故障診斷方法

     當前,控制系統變得越來越復雜,由于實際中很難建立控制系統的精確解析數學模型,當存在建模誤差時,基于模型的故障診斷方法將出現誤報、漏報等現象,不依賴數學模型的故障診斷方法不需要對象的準確模型,并且適應性強。因此不依賴于模型的故障診斷方法受到了人們的高度重視。可分為基于數據驅動的方法的故障診斷方法、基于知識的故障診斷方法和基于離散事件的方法等。不依賴于數學模型的故障診斷方法是后期發展起來的新型故障診斷方法,常通過神經網絡算法等人工智能算法實現對系統故障的檢測與評定。

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