常用傳感器故障分析

黑向毅

【摘 要】信息化時(shí)代背景下，隨著監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，傳感器的應(yīng)用精準(zhǔn)性、可靠性越來(lái)越高。在企業(yè)日常生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，常用傳感器難免受外部環(huán)境或自身因素的影響而發(fā)生故障，給這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程造成了不便。本文在對(duì)傳統(tǒng)傳感器故障診斷方法作出簡(jiǎn)要分析和論述的基礎(chǔ)上，就常用傳感器故障的表現(xiàn)及處理進(jìn)行了研究。

【關(guān)鍵詞】傳感器故障；分類；診斷；有效控制

傳感器作為企業(yè)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的底層部件，其性能表現(xiàn)在很大程度上影響了該系統(tǒng)的運(yùn)行。目前，常用的傳感器有靜電傳感器、光線傳感器以及料位傳感器等，其應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和控制，有效保證了企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。傳感器故障輕則導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能下降，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成重大事故，一旦解決不力則給企業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。

1.常用傳感器故障的診斷方法

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳感器故障診斷的方法愈加豐富，基本能夠滿足日常使用需求。具體而言，較為常見(jiàn)的傳感器故障診斷方法主要包含以下幾種：

1.1基于模型的故障診斷

最早發(fā)展起來(lái)的基于模型的傳感器故障診斷技術(shù)以解析冗余替代物理冗余為核心思想，主要通過(guò)與估計(jì)系統(tǒng)輸出測(cè)量值進(jìn)行比對(duì)獲得故障信息?，F(xiàn)階段，這種診斷技術(shù)又可分為基于參數(shù)估計(jì)的故障診斷方法、基于狀態(tài)的故障診斷方法以及等價(jià)空間診斷方法三類。一般情況下，我們將構(gòu)成物理系統(tǒng)的元部件特性參數(shù)定義為物參，將描述控制系統(tǒng)的微分或差分方程定義為模參。當(dāng)系統(tǒng)中某個(gè)傳感器因損壞、失效或性能降低引發(fā)故障時(shí)，可直接顯示為物參變化，進(jìn)而引起模參的變化，其中包含著全部故障信息。反之，在已知模參的情況下，可以推算出物參的變化，從而確定傳感器故障的大小及程度。目前，基于模型的傳感器診斷技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，其研究成果集中于線性系統(tǒng)，而在非線性系統(tǒng)的研究有待加強(qiáng)。

1.2基于知識(shí)的故障診斷

與上述故障診斷方法不同，基于知識(shí)的故障診斷無(wú)需建立數(shù)學(xué)模型，克服了基于模型故障診斷的不足或缺陷，但是缺乏一套成熟的理論支撐。其中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是基于知識(shí)故障診斷的代表。所謂的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)英文簡(jiǎn)寫(xiě)為ANN，它是建立在人類對(duì)大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)認(rèn)識(shí)理解的基礎(chǔ)上，通過(guò)人工構(gòu)造實(shí)現(xiàn)某種功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法可分布存儲(chǔ)信息，借助網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與權(quán)值分布實(shí)現(xiàn)非線性變換及映射。相比之下，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法彌補(bǔ)了基于模型故障診斷在非線性系統(tǒng)上的不足。然而，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法也并非完善，它只是單純地依靠部分實(shí)踐案例，既沒(méi)有有效利用特殊領(lǐng)域的積累經(jīng)驗(yàn)，又容易受樣本選擇的影響，由此得出的診斷結(jié)論不具備解釋性。

1.3基于信號(hào)的故障診斷

基于信號(hào)的故障診斷從不同角度規(guī)避了抽取對(duì)象數(shù)學(xué)模型的困難，它的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為可以直接利用相關(guān)函數(shù)、頻譜等信號(hào)模型，分析檢測(cè)信號(hào)，從而確定傳感器故障的發(fā)生。其中，以小波分析法進(jìn)行的傳感器故障診斷，分析和預(yù)測(cè)了非平穩(wěn)時(shí)間的序列變化，可觀測(cè)到信號(hào)在任意位置的局部特性，能夠準(zhǔn)確定位故障發(fā)生時(shí)刻。這種故障診斷方法尤其適合緩變信號(hào)中的突變成分提取。此外，偏最小二乘法也常見(jiàn)于傳感器故障診斷領(lǐng)域，它在處理多輸入輸出系統(tǒng)及數(shù)據(jù)相關(guān)嚴(yán)重的建模問(wèn)題上表現(xiàn)了較大的優(yōu)勢(shì)。這種故障診斷方法遵循一種思想指導(dǎo)，即同時(shí)求取模型自變量與應(yīng)變量的主元，并充分利用自變量相關(guān)數(shù)據(jù)信息解釋?xiě)?yīng)變量。

2.常用傳感器故障表現(xiàn)及處理

傳感器可謂控制系統(tǒng)的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，一旦發(fā)生故障可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)工作異常或癱瘓。作者主要就幾種常見(jiàn)的傳感器故障表現(xiàn)進(jìn)行了描述，并提出了一些處理建議，以供參考和借鑒。

2.1顯示異常

在日常使用過(guò)程中，傳感器可能會(huì)顯示L.LL或H.HH及其他亂碼信息，影響了整個(gè)控制系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)傳感器顯示L.LL時(shí)，可能是因?yàn)槠鋬?nèi)部催化元件或熱導(dǎo)元件發(fā)生斷絲，亦或它的元件與電路板之間出現(xiàn)短線導(dǎo)致故障。針對(duì)此類情況，維修技術(shù)人員可打開(kāi)傳感器后蓋進(jìn)行檢測(cè)，確定元件與電路板之間連線正常與否。如確定不存在該問(wèn)題，則需要借助萬(wàn)用表電阻檔檢查元件內(nèi)部情況，一旦電阻顯示無(wú)窮大，則可斷定元件斷絲，進(jìn)而予以更換即可。而造成傳感器顯示亂碼的原因有很多，包括單片機(jī)工作異常、復(fù)位電路損壞等。當(dāng)傳感器出現(xiàn)“888”的情況時(shí)，需要優(yōu)先考慮傳感器與分站的距離太遠(yuǎn)，應(yīng)適當(dāng)做出縮短處理。傳感器顯示異常代表著某一部位出現(xiàn)故障，應(yīng)該在工作實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)其誘因，以求快速解決。

2.2控制實(shí)效

傳感器控制失靈是指利用遙控器進(jìn)行設(shè)置時(shí)，沒(méi)有任何信息反饋的情況。導(dǎo)致此類現(xiàn)象發(fā)生的原因可能有紅外線接收頭損壞。三極管損壞或遙控接收解碼器損壞。在診斷此種傳感器故障的過(guò)程中，要堅(jiān)持循序漸進(jìn)的原則，首先檢查紅外接收頭是否異常，即利用遙控板操控傳感器，通過(guò)示波器確定紅外接收頭終端能否進(jìn)行方波輸出，如若不然則需更換此器件。其次，檢測(cè)三極管集電極是否有方波輸出，如若沒(méi)有則需要進(jìn)行更換。最后，操作遙控板觀察接收解碼器的工作狀態(tài)，一經(jīng)確定沒(méi)有方波輸出，則予以維修或更換。傳感器是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心部件，一旦出現(xiàn)故障勢(shì)必會(huì)有所表象，需要工作人員細(xì)致觀察、注意判斷，進(jìn)而予以解決。

2.3報(bào)警錯(cuò)誤

目前，常用的傳感器都具備報(bào)警功能，以為提示操作人員工作異常，保護(hù)生產(chǎn)持續(xù)運(yùn)行。但是傳感器報(bào)警錯(cuò)誤現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生，如有光無(wú)聲、無(wú)光無(wú)聲等，給相關(guān)工作人員造成了極大的困擾，解決此類問(wèn)題十分重要。當(dāng)遇到傳感器有光無(wú)聲或聲音異常的現(xiàn)象時(shí)，可以先檢測(cè)傳感器電路板與蜂鳴器之間的連線情況，假如確定連接良好，則可能需要更換蜂鳴器片。而當(dāng)傳感器報(bào)警無(wú)聲無(wú)光的現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，則可能是由于二極管或電路板芯片損壞導(dǎo)致。處理此類問(wèn)題，可以先用萬(wàn)用表的導(dǎo)通檔位確定報(bào)警燈正常與否，確定正常之后選擇更換二極管或電路板芯片。傳感器報(bào)警故障隱含著嚴(yán)重的安全隱患，需要得到高度重視。

3 .結(jié)語(yǔ)

總而言之，解決傳感器故障十分重要和必要。由于個(gè)人能力有限，加之傳感器及其故障種類眾多，本文作出的相關(guān)研究可能存在不足或局限。因此，作者希望更多學(xué)者參與此項(xiàng)目研究，全面剖析常用傳感器故障的表象及誘因，有針對(duì)性地提出更多診斷和處理措施，以保證企業(yè)的正常、安全生產(chǎn)。

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