CN103140813B - 用于检测不规则传感器信号噪声的系统、方法和设备 - Google Patents

用于检测不规则传感器信号噪声的系统、方法和设备 Download PDF

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Abstract

本发明的某些实施例可包括用于检测不规则传感器信号噪声的系统、方法和设备。根据本发明的示例实施例，提供用于确定传感器可靠性的方法。该方法可包括：接收与传感器关联的信号样本；接收与该传感器关联的预期标准偏差值（508）；至少部分基于接收的传感器样本与预测的传感器信号值之间的差估计信号样本（504）的噪声标准偏差；以及至少部分基于估计的噪声标准偏差与预期的标准偏差值之间的第一比率输出噪声置信度值。

Description

用于检测不规则传感器信号噪声的系统、方法和设备
相关申请
该申请涉及在_______与本申请同时提交的名为“Systems,methods,andapparatusforsignalprocessing-basedfaultdetection,isolationandremediation（用于基于信号处理的故障检测、隔离和矫正的系统、方法和设备）”的申请序列号______，其内容通过引用全文结合于此。
该申请还涉及在_______与本申请同时提交的名为“Systems,methods,andapparatusfordetectingandremovingsensorsignalimpulse
disturbances（用于检测和去除传感器信号脉冲干扰的系统、方法和设备）”的申请序列号________，其内容通过引用全文结合于此。
该申请还涉及在________与本申请同时提交的名为“Systems,methods,andapparatusfordetectingshiftsinredundantsensorsignals（用于检测冗余传感器信号中的移位的系统、方法和设备）”的申请序列号______，其内容通过引用全文结合于此。
该申请还涉及在________与本申请同时提交的名为“Systems,methods,andapparatusfordetectingagreementforindividualchannelsamongredundantsensorsignals（用于检测冗余传感器信号之间的单独通道一致性的系统、方法和设备）”的申请序列号______，其内容通过引用全文结合于此。
该申请还涉及在________与本申请同时提交的名为“Systems,methods,andapparatusforremediatingconfidencevaluesfromredundantsensors（用于矫正来自冗余传感器的置信度值的系统、方法和设备）”的申请序列号______，其内容通过引用全文结合于此。
该申请还涉及在________与本申请同时提交的名为“Systems,methods,andapparatusforonlineestimationofstandarddeviation（用于在线估计标准偏差的系统、方法和设备）”的申请序列号______，其内容通过引用全文结合于此。
该申请还涉及在________与本申请同时提交的名为“Systems,methods,andapparatusfordetectingagreementforindividualchannelsamongredundantsensorsignals（用于检测冗余传感器信号之间的单独通道一致性的系统、方法和设备）”的申请序列号______，其内容通过引用全文结合于此。
技术领域
本发明一般来说涉及检测传感器信号中的噪声，并且具体地，涉及检测不规则传感器信号噪声。
背景技术
电厂使用复杂的机器和系统，其具有通常随时间磨损并且需要更换的部件。减轻灾变性或昂贵的失效的一个方法是对已知要磨损的关键部件建立定期维护和检修计划。在维护过程中通常忽视传感器和仪器并且通常使用它们直到失效。
闭环控制系统依靠来自仪器的准确反馈以正确地调节受控的系统的方面。不准确或非功能性仪器可以在系统中引起不期望的效应，从而潜在地导致硬件损坏和零件寿命减少。此外，正常功能性设备中不必要的停机时间可由触发保护性关闭的有故障仪器信号引起。
用于提高对仪器失效的健壮性的标准方法已经通过传感器冗余，由此冗余传感器的数量根据对监测、控制或安全性是否需要测量的参数而增加。这样的冗余系统一般来说能够在传感器失效时继续起作用，但它们通常需要人为干预来调查传感器和/或失效数据来确定失效模式。在一些情况下，仪器失效必须被校正来恢复机器的准确反馈和优化操作。
发明内容
上文需求中的一些或所有可通过本发明的某些实施例解决。本发明的某些实施例可包括用于检测不规则传感器信号噪声的系统、方法和设备。
根据本发明的示例实施例，提供用于确定传感器可靠性的方法。该方法可包括：接收与传感器关联的信号样本；接收与该传感器关联的预期标准偏差值；至少部分基于接收的传感器样本与预测的传感器信号值之间的差估计信号样本的噪声标准偏差；以及至少部分基于估计的噪声标准偏差与预期标准偏差值之间的第一比率输出噪声置信度值。
根据本发明的另一示例实施例，提供用于确定传感器可靠性的系统。该系统可包括：至少一个传感器；至少一个存储器，用于存储数据和计算机可执行指令；和至少一个处理器，其配置成访问该至少一个存储器并且进一步配置成执行这些计算机可执行指令以用于：接收与至少一个传感器关联的信号样本；接收与该至少一个传感器关联的预期标准偏差值；至少部分基于接收的传感器样本与预测的传感器信号值之间的差估计信号样本的噪声标准偏差；以及至少部分基于估计的噪声标准偏差与预期标准偏差值之间的第一比率输出噪声置信度值。
根据另一个示例实施例，提供用于确定传感器可靠性的设备。该设备可包括：至少一个存储器，用于存储数据和计算机可执行指令；和至少一个处理器，其配置成访问该至少一个存储器并且进一步配置成执行这些计算机可执行指令以用于：接收与该至少一个传感器关联的信号样本；接收与该至少一个传感器关联的预期标准偏差值；至少部分基于接收的传感器样本与预测的传感器信号值之间的差估计信号样本的噪声标准偏差；以及至少部分基于估计的噪声标准偏差与预期标准偏差值之间的第一比率输出噪声置信度值。
本发明的其他实施例和方面在本文中详细描述并且被认为是要求权利的本发明的一部分。其他实施例和方面可以参考下列详细描述、附图和权利要求理解。
附图说明
现在将参考附图和流程图，其不必按比例绘制，并且其中：
图1是根据本发明的示例实施例的说明性故障检测、隔离和矫正系统的框图。
图2是根据本发明的示例实施例的说明性处理系统的框图。
图3是根据本发明的示例实施例的说明性尖峰检测器的框图。
图4是根据本发明的示例实施例的说明性移位检测器的框图。
图5是根据本发明的示例实施例的说明性噪声/阻塞检测器的框图。
图6是根据本发明的示例实施例的说明性漂移检测器的框图。
图7是根据本发明的示例实施例的说明性一致性检测器的框图。
图8是根据本发明的示例实施例的说明性组合置信度计算的框图。
图9是根据本发明的示例实施例的说明性矫正系统的框图。
图10是根据本发明的示例实施例的说明性速动（snap）平滑器的框图。
图11是根据本发明的示例实施例的说明性标准偏差计算器的框图。
图12是根据本发明的示例实施例的另一个说明性一致性检测器的框图。
图13是根据本发明的示例实施例的方法的流程图。
图14是根据本发明的示例实施例的方法的流程图。
图15是根据本发明的示例实施例的方法的流程图。
图16是根据本发明的示例实施例的方法的流程图。
图17是根据本发明的示例实施例的方法的流程图。
图18是根据本发明的示例实施例的方法的流程图。
图19是根据本发明的示例实施例的方法的流程图。
图20是根据本发明的示例实施例的方法的流程图。
具体实施方式
本发明的实施例将在下文参考其中示出本发明的实施例的附图更充分地描述。然而，本发明可采用许多不同的形式实施并且不应该解释为局限于本文阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将是全面和完整的，并且将充分地传达本发明的范围给本领域内技术人员。相似的号码始终指相似的元件。
本发明的某些实施例可能够使用冗余传感器用于监测、控制等。根据某些示例所述，来自一个或多个传感器的信号可被监测和评估来检测与这些信号关联的某些故障或异常。在某些示例实施例中，可评估这些传感器信号来确定与每个信号关联的置信度。根据示例实施例，异常信号可被校正（矫正）或隔离和忽略，其取决于冗余信号的置信度和/或可用性。在某些示例实施例中，可在评估和矫正中使用来自冗余传感器的信号和/或来自传感器模型的信息。
根据本发明的示例实施例，可对模拟单一、双重和三重传感器提供基于信号的统计测量诊断。例如，测量诊断可包括输入信号处理，用于范围内故障检测、有故障通道隔离和/或测量的参数矫正。本发明的某些示例实施例可区分故障类型，其包括：范围外（其包括通信损失）；尖峰（或脉冲干扰）；移位；通道不灵敏度（阻塞）；异常高的噪声；冗余测量不一致；和慢漂移。在某些示例实施例中，故障检测可基于特定的故障模式置信度计算，其可用于将故障归类并且可组合来确定整个通道置信度。根据示例实施例，瞬时通道置信度可与历史信息组合来得到每个传感器的最后置信度值。
根据示例实施例，传感器选择可考虑系统信息来决定如何组合传感器读数中的每个以对测量的参数产生最后的输出值。在示例实施例中，对每个传感器输入的长期平均置信度计算还可提供诊断指示，其可以用于预防性维护目的。
根据本发明的示例实施例，当置信度值低于一个或多个传感器中的至少一个的预定阈值时或当来自一个或多个传感器中的两个或以上的监测数据相差超过预定量时，矫正值和/或状态可改变。根据某些实施例，可基于评估提供一个或多个保护逻辑值作为输出。在某些示例实施例中，矫正值可包括至少部分基于置信度值的来自一个或多个传感器或传感器模型的直接或组合数据。
根据本发明的示例实施例，用于实现传感器信号故障检测、隔离和矫正的各种系统模块、处理器和输入/输出通道将参考附图描述。
图1图示根据本发明的示例实施例的示例故障检测、隔离和矫正系统框图100。在示例实施例中，一个或多个冗余传感器102可用于测量与一个或多个系统或设备关联的参数。例如，传感器102可用于监测与机器或过程关联的参数（温度、位置、速度、压力、浓度，等）。在示例实施例中，来自一个或多个传感器102的信号可由检测和置信度确定框104和组合置信度确定框106评估。在示例实施例中，检测和置信度确定框104和组合置信度确定框106可起到总置信度估计方案的作用，其可对故障模式和传感器中的每个考虑通道健康历史和当前置信度。例如，可被评估的故障模式或参数包括可用性状态（AST）124；尖峰126、移位128、阻塞130、噪声132、不一致134和漂移136。用于评估这些模式中的每个的过程将在下文进一步解释。
根据本发明的某些实施例，并且继续参考图1，来自传感器102的信号、来自传感器模型122的数据以及组合置信度计算106的输出可输入到矫正器框108。在示例实施例中，到矫正框108的输入可包括来自传感器A116、传感器B118和传感器C120的信号并且可包括对应于每个故障类型（124-136）的每个传感器的对应置信度值。例如，置信度A144、置信度B146和置信度C148各自可包括对应于例如每个传感器116、118、120的AST124；尖峰126、移位128、阻塞130、噪声132、不一致134和漂移136的置信度值向量或阵列。示例实施例可包括至少部分基于一个或多个参数124-136识别传感器故障110。
根据某些示例实施例，矫正框108可产生矫正值112，其可等同于单个“最佳、优化或修改”传感器信号。例如，矫正值112可以是在两个或以上的传感器接近一致并且没有检测到其它故障时的传感器信号的组合（均值或平均值）。在其它实施例中，矫正值112可部分从传感器模型122得到，和/或从传感器信号中的一个或多个的净化版本得到。例如，输出矫正值112可包括至少部分基于组合置信度值144、146、148的来自一个或多个传感器116、118、120或传感器模型122的直接或组合数据。
示例实施例包括输出矫正值112和状态。在示例实施例中，状态可包括一个或多个保护逻辑值114。在示例实施例中，这些保护逻辑值可指示例如在组合置信度值144、146、148低于一个或多个传感器116-120中的至少一个的预定阈值时或在来自一个或多个传感器116-120中的两个或以上的监测数据相差超过预定量时的某些条件。根据示例实施例，输出矫正值112和状态可包括至少部分基于组合信度值144、146、148输出来自一个或多个传感器116、118、120或传感器模型122的直接或组合数据。
根据本发明的示例实施例，可基于传感器102信号的评估产生并且输出额外的信息。例如，在某些示例实施例中，可对保护动作和警报输出保护逻辑值114。例如，保护动作可包括单元跳闸、自动关闭、负载拒绝、负载阶跃、子系统禁用注水、回转到安全模式，等。在某些示例实施例中，保护逻辑值114可包括下列条件的指示：（1）剩余两个传感器；（2）剩余一个传感器；（3）没有传感器剩余；（4）关于剩余两个传感器的差分故障和/或（5）关于剩余三个传感器的差分故障。在示例实施例中，上文的保护逻辑值114（1）-（3）可在传感器通道的参数中的任一个的置信度低于预定阈值时产生。在示例实施例中，上文的保护逻辑值114（4）和（5）可在检测到故障但不能使其隔离或归因于特定传感器或通道时并且在冗余通道相差超过预定量时产生。
图2描绘根据本发明的示例实施例的处理系统200的框图。在示例实施例中，系统200可包括控制器202。该控制器202可包括至少一个存储器204和与存储器204通信的至少一个处理器206。该控制器202还可包括一个或多个输入/输出接口208和/或与一个或多个处理器206通信的一个或多个网络接口210。在本发明的某些示例实施例中，存储器204可包括操作系统212和数据214。存储器204还可包括对处理器206提供计算机可执行指令的模块。例如，存储器204可包括传感器模型模块220，其可提供模型信息，用于与来自实际传感器的响应比较。存储器204还可包括故障检测器222、置信度模块224和矫正模块226。根据本发明的示例实施例，传感器216可经由一个或多个输入/输出接口208与处理器206通信。在某些示例实施例中，一个或多个人机接口装置218可经由网络接口210或输入/输出接口208与控制器202通信。
图3描绘根据本发明的示例实施例的说明性尖峰检测器的框图。根据本发明的示例实施例，“尖峰”可限定为信号中的脉冲干扰。例如，信号中的尖峰可由电磁耦合、静态、间歇性连接等引起。在典型的示例实施例中，当在信号中出现尖峰时，与该信号关联的电压和/或电流的水平将突然上升或下降，接着近似回到尖峰出现之前的值。在一个示例实施例中，尖峰的持续时间可极其短（属于毫微秒级别），并且在一些情况下可太短而不能测量或甚至检测，这取决于采样频率和对信号采样的方法。在其它示例实施例中，该尖峰或多个尖峰可以是属于微秒级别，并且可从例如模拟信号或数字样本流中检测和去除。
根据示例实施例，输入信号302的当前值303（或样本或扫描）可与一个或多个尖峰之前的信号的值305（或样本或扫描）比较。如果值中的差307超过预定阈值312并且尖峰指示符317变为真，开关313可将它的输出315固定到单个样本的尖峰之前的先前扫描305，然而，开关313可设置成在未检测到脉冲干扰时输出当前样本303。在示例中，尖峰检测器300可采用此方式继续直到（a）尖峰持续整个尖峰持续时间320，在该情况下声明移位，或（b）输入接近尖峰之前的输入的值。
再次参考图3，并且根据示例实施例，如果当前样本303与先前样本305之间的差超出预定阈值312，尖峰检测器300可启用。在示例实施例中，单独的尖峰检测器300可用于冗余传感器系统中的每个通信通道。在示例实施例中，如果监测的通道值远离事件之前的其它可用通道，尖峰检测器300可被禁止。根据示例实施例，尖峰检测器300还可启用开关313和单个样本延迟311以去除尖峰并且防止尖峰被传递到输出315。在某些示例实施例中，当前标准偏差估计（如将在下文参考图11描述的）可用于区分尖峰与高噪声故障。
在示例实施例中，尖峰检测器300可接收对操作的若干输入，其包括：来自传感器的输入样本302；阈值312，用于设置尖峰检测和/或去除的启用；拾取时间延迟值320，用于设置输入样本在尖峰置信度328或移位故障检测恢复之前必须无尖峰的最小时间；初始化输入324，用于控制何时忽略尖峰；以及移位置信度326（其将在下文参考图4进一步论述）。
在示例实施例中，输入传感器样本302可包括当前样本303。该当前样本303可在差异框306（例如，其可以是比较器或相似的评估框）中与先前的样本305比较。如果当前样本303与先前样本305之间的差307的绝对值309大于阈值312，尖峰指示符信号317可触发开关313来选择先前样本305并且使其重新循环用于再次与下一个当前样本303比较306。在示例实施例中，单个样本延迟框311（与上文描述的各种比较306、310和开关313结合）可提供没有尖峰的输出信号315。
同样在图3中示出尖峰检测器300的一部分，其可基于某些输入320、324、326以及尖峰指示符信号317提供保护逻辑值332和尖峰置信度指示328。在示例实施例中，可至少部分基于信号样本302生成和输出尖峰置信度指示328。在示例实施例中，生成和输出尖峰置信度指示328可包括在脉冲干扰已经被清除后使尖峰置信度指示328的恢复延迟预定时间320。在示例实施例中，当检测到尖峰时，尖峰指示符信号317可变为真状态并且在输入假到真延迟框318处反转。如果，例如接下来几个输入样本无尖峰，尖峰指示符信号317可变为假状态，并且在假到真延迟框318处再次反转。然而，假到真延迟框318的输出可直到在没有检测到尖峰情况下过去一定时间量（或样本数量）后才允许变为真值。该时间量可叫作拾取时间，并且它可由拾取时间延迟输入320设置。如上文提到的，拾取时间延迟值320可用于设置在尖峰置信度328恢复之前输入样本必须无尖峰的最小时间。根据示例实施例，尖峰置信度328和保护逻辑值332输出还可经由多输入OR框322由初始化输入324或移位置信度输入326控制。在示例实施例中，如果检测的尖峰持续超出时间延迟320，则信号中的移位可被报告而不是尖峰。在某些实施例中，尖峰置信度328中的真值可指示：（a）对超过由延迟时间320设置的时期未检测到尖峰，（b）尖峰检测器300忽略尖峰因为它未被初始化324，或（c）已经检测到传感器信号移位326。
在某些示例实施例中，可生成一个或多个保护逻辑值332输出，其中检测到脉冲干扰（尖峰）。
图4描绘根据本发明的示例实施例的移位检测器400。在示例实施例中，该移位检测器400可与上文描述的尖峰检测器300协同地工作。根据示例实施例，移位检测器可仅用于以下情形：其中两个或以上（冗余）传感器用于监测特定现象。根据示例实施例，可在不实际的变化率导致冗余传感器信号之间大的差时检测到移位。
在示例实施例中，移位检测器400可监测通道接近信号404和尖峰置信度信号402。（该尖峰置信度信号402可例如等同于来自图3的328）。根据示例实施例，接近信号404可等同于通道一致性置信度信号（例如，如在图7中示出并且在下文描述的740）。通道接近信号404可包括拾取时间延迟426，并且接着在经过真到假延迟框406后，然后还可包括释放（dropout）时间延迟418，并且可指定为通道接近属性信号411。具有示例释放延迟418和拾取延迟426的示例通道接近属性信号411在图4的插入盒中描绘。例如，通道接近属性信号411初始可以是逻辑真，其指示通道一致性置信度，但在一些时间点420处，冗余传感器可不再一致。在示例实施例中，释放时间延迟418可设置成等于尖峰持续时间并且通道接近属性信号411可在对尖峰的至少持续时间未检测到不一致420后保持为真，并且接着可变成假状态422。在示例实施例中，通道接近属性信号411可保持在假状态422直到通道再次一致422，在该点处，通信接近属性信号411可等待直到拾取时间延迟426后才再次变为真428。在示例实施例中，拾取时间延迟426可等于尖峰持续时间，或可长于尖峰持续时间。在示例实施例中，可从尖峰检测器300（上文描述的）确定尖峰持续时间。
在示例实施例中，当通道接近属性411处于真状态并且尖峰置信度402处于假状态时，到（重置为主的）锁存器410的设置（S）输入将处于高状态。到锁存器410的重置输入（由黑色矩形指示）跟随通道接近信号404。在示例实施例中，为了设置锁存器410，尖峰置信度402为假并且通道接近404从真转变为假。在示例实施例中，锁存器410的重置条件是通道接近信号404对长于尖峰持续时间的尖峰为真。如果出现此，重置为主的锁存器410可被启用，从而指示假移位置信度414，其可经由逆变器412指示该通道中的移位故障。在示例实施例中，如果具有故障的通道变成接近另一个非故障通道，锁存器410可被重置。在示例实施例中，移位检测器400可由于需要多个良好通道的重置条件而对单一冗余禁止。
根据示例实施例，移位置信度414可至少部分通过在以下时候确定传感器信号中的有效移位而确定：在接收的尖峰置信度信号402指示未检测到脉冲干扰时；在接收的传感器通道接近信号404初始指示两个或以上的冗余传感器的通道差在预定义的范围内时；以及在由尖峰持续时间信号限定的时段后接收的传感器通道接近信号404指示两个或以上的冗余传感器的通道差不在预定义的范围内时。根据示例实施例，该预定义的范围可包括全标度的大约0.1%至大约10%的范围。
根据示例实施例，接收尖峰置信度信号402可至少部分基于检测与两个或以上冗余传感器中的至少一个关联的当前样本303和先前样本305之间的差幅度307，其中该差幅度307大于预定的阈值312。
在示例实施例中，输出移位置信度414包括反转的尖峰置信度信号402和通道接近属性411的逻辑乘408（或逻辑AND操作）。例如，通道接近属性411可包括延迟406了由尖峰持续时间信号限定的预定时间的通道接近信号404，并且逻辑乘408的输出可设置锁存器410。该锁存器410例如可在通道接近信号404为真时重置，并且该锁存器410的输出可反转并且解释为移位置信度414。根据示例实施例，移位置信度414可对非冗余通道禁止。
图5描绘根据本发明的示例实施例的噪声/阻塞检测器500框图。在示例实施例中，高噪声或低噪声/阻塞故障可通过将信号的估计在线噪声标准偏差与标准偏差的预期（预测或正常）水平比较而检测。在示例实施例中，插值表可用于确定在声明故障之前测量的噪声可离预期的有多远。
在示例实施例中，并且如在图5中示出的，传感器501可提供传感器信号样本502（没有尖峰，例如经由图3的输出315），并且该信号502可输入到标准偏差估计器504。该标准偏差估计器504可获悉与输入信号关联的正常噪声量，并且实时估计噪声标准偏差。（框504中的标准偏差估计方法的另外的细节将在下文参考图11进一步解释）。在示例实施例中，噪声/阻塞检测器500还可接收预期标准偏差值508，其可通过例如从这样的地点或特定传感器位点（其中稳态样本可用于训练并且产生预期标准偏差值508）训练而确定。
根据示例实施例，除法框506可取标准偏差估计器504的输出并且将它除以预期标准偏差值508。在示例实施例中，如果估计的标准偏差504与预期标准偏差508的比率大于大约20:1，则信号、传感器、测量或上游处理可存在某些错误。
在示例实施例中，由除法框506计算的第一比率可输出到噪声插值器510，并且由除法框506计算的第二比率可输出到阻塞插值器512。在示例实施例中，该第一和第二比率可相同。在另一个示例实施例中，该第一和第二比率可被不同地标度。根据本发明的示例实施例，噪声插值器510可利用插值表来将它的输出标度为在1与0之间的模拟值以代表噪声置信度输出514。根据示例实施例，噪声插值器510的输出可经过延迟滤波器513（其具有一阶滞后）用于产生噪声置信度输出514。在某些示例实施例中，保护逻辑值516可基于与传感器值502关联的噪声而生成。在示例实施例中，在大约2至大约10之间的第一比率可指示在正常范围操作的传感器信号502。在其它实施例中，大于大约10至大约20的第一比率可指示噪声过多的传感器信号502，并且噪声置信度514可反映噪声量。
如上文提到的，并且根据示例实施例，除法框506可向阻塞插值器512提供第二比率。该阻塞插值器512可利用插值表来将它的输出标度为在1与0之间的模拟值。所得的阻塞置信度值518例如可指示传感器值502是否改变（如通常预期的），或传感器值502是否异常稳定。在示例实施例中，小于大约0.1或0.05的第二比率可指示是阻塞的传感器信号502，并且阻塞置信度值518可反映这样的状况。在示例实施例中，保护逻辑值520可基于阻塞置信度值518的值而生成。根据示例实施例，传感器的可靠性可使用噪声/阻塞检测器500来评估和确定。
图6示出根据本发明的示例实施例的漂移检测器600的框图。在示例实施例中，该漂移检测器600可监测传感器输入602来检测在处于稳态时的慢变化。在示例实施例中，传感器输入602可发送到频率分离器，其采用滞后滤波器604、606、608、610的形式，每个具有不同的时间参数T1、T2、T3、T4，其可根据下面对于前两个滞后滤波器604、606的示例等式而计算平滑导数：
，
其可代表低通滤波器频率分离器604、606、608、610，以及减法框612、614、616。在示例实施例中，第一频率分离器滞后滤波器604可具有大约3的时间常数T1；第二频率分离器滞后滤波器606可具有大约10的时间常数T2；第三频率分离器滞后滤波器608可具有大约100的时间常数T3；并且第四频率分离器滞后滤波器610可具有大约1000的时间常数T4。根据某些示例实施例，从减法框612-616输出的模块x、y和z可对于灵敏度而被归一化和调整。例如，漂移门框618、620、622可计算并且输出等于零或1-(absX)/漂移值的最大值的值，其中X是输入并且漂移值是可对于灵敏度而被调整的参数。
根据示例实施例，漂移门框618、620、622的输出可馈送到最小评估框624内。在示例实施例中，如果值x、y或z中的任一个变成大于漂移值，漂移置信度输出626将是零。根据示例实施例，保护逻辑值628可基于漂移置信度输出626而输出。
图7描绘根据本发明的示例实施例的一致性检测器700的框图。在示例实施例中，该一致性检测器用于两个或以上的传感器，并且如果只存在一个传感器则可旁路它。根据示例实施例，一致性检测器可将来自传感器A的信号与来自传感器B和/或传感器C的信号比较。相似的逻辑可重复，用于将来自传感器B的信号与传感器A和/或C比较，并且再次用于将来自传感器C的信号与传感器A和/或B比较。
根据其它示例实施例，一致性检测器700可通过使用一致性阈值704而比较二重或三重传感器的所有有效通道对A-B、A-C、B-C。例如，通道可在两个情形下产生一致性故障：第一，如果三个传感器有效，并且如果三个通道中的一个与其它两个相差超过一致性阈值704；并且第二，当所有可用传感器远离彼此时。第二个情形称为“所有通道不一致”720，两个或三个有效通道可能出现该“所有通道不一致”720。在示例实施例中，当已经提供传感器模型时，不是最接近该模型的所有传感器可具有一致性故障。
用于处理传感器信号并且确定传感器信号之间的一个通道的一致性的示例逻辑现在将参考图7解释。在示例实施例中，一致性过程708可接收来自成对可用通道的输入。例如，一致性过程708可接收传感器信号A和B之间的绝对值（Abs（A-B））702，一致性阈值704和反洒落（anti-drizzling）迟滞706。在示例实施例中，并且如上文提到的，Abs（A-B）702可牵涉两个传感器通道，其中A和B可代表通道A、B和C的成对组合。
在示例实施例中，一致性过程708可基于输入702、704、706产生成对一致性709。例如，确定可用传感器通道成对一致性709可包括将两个可用传感器通道之间的差702的绝对值与预定值704比较。根据示例实施例，成对一致性中的至少一个传感器通道可包括两个可用传感器通道中的至少一个，其中两个可用传感器通道之间的差702的绝对值小于预定值704。在示例实施例中，确定可用传感器通道成对一致性709可进一步包括将两个可用传感器通道之间的差702的绝对值与预定迟滞极限706比较。
在示例实施例中，成对一致性709连同代表传感器可用性的输入（例如：A可用712和B可用714）可输入到第一AND门710内。在示例实施例中，第一AND门710的输出可连同下列输入馈送到第二AND门716内：“A与C不一致”718和相反的“所有通道不一致”720。根据本发明的示例实施例，逻辑输入“A与C不一致”718可采用与确定AND门710的输出所采用的方式相似的方式确定；然而，输入“A与C不一致”718可牵涉通道A和C而不是A和B的比较。例如，对应于迟滞框708和AND门710的相似的框可用于生成“A与C不一致”718，但未在图7中示出。
在示例实施例中，第二AND门716的输出可用于设置锁存器722。该锁存器可在A接近B或C724为真时重置。在示例实施例中，锁存器722的输出可反转并且提供输入给第一开关736和第三AND门726以及第四AND门728。第三AND门726可另外接收输入：“所有通道不一致”720和模型无效732来产生用于切换第二开关738的信号输出。在示例实施例中，第四AND门728可另外接收输入：“所有通道不一致”720和模型有效734。在示例实施例中，第四AND门728的输出可提供用于切换第一开关736的信号。在示例实施例中，第一开关736和第二开关738可提供用于输出指示单个通道（例如：A、B或C）的一致性置信度740的信号的通路。在示例实施例中，保护逻辑值744还可基于单个通道的一致性置信度740的状态而生成。根据本发明的示例实施例，图7的图可对被检查的每个通道重复。
在示例实施例中，当到第三AND门726的输入中的全部为真时，第二开关738可对到单个通道的一致性置信度740的输出选择真状态742。否则，如果到第三AND门726的输入中的任一个为假，第二开关738可选择来自第一开关736的输出。在示例实施例中，当到第四AND门728的输入中的全部为真时，第一开关736可选择来自第四开关766的输出。否则，如果存在到第四AND门728的假输入，第一开关736可选择来自锁存器722的反转输出。
在示例实施例中，第四开关766可基于一个或多个其它传感器的可用性选择输入。例如，处于假状态的BNOT可用748可选择来自第三开关760的输出。然而，如果BNOT可用748处于真状态，第四开关766可选择来自第一OR门752的输出。在示例实施例中，如果满足下列输入条件中的任一个或全部，第一OR门752可产生逻辑真：754，其中M是模型（意指通道A比C更接近模型），CNOT可用756，或A和C接近758。
在示例实施例中，确定与传感器模型的可用传感器通道最接近匹配764包括确定特定A通道的逻辑在所有可用传感器通道之中最接近传感器模型122。在示例实施例中，第三开关760可基于通道C的可用性选择输入。例如，处于假状态的CNOT可用756可使第三开关760在、、764之间选择A的最小逻辑用于输出，其中M是模型。然而，在示例实施例中，当CNOT可用756处于真状态时，第三开关760可选择第二OR门744的输出用于输出。在示例实施例中，如果满足下列输入条件中的任一个或全部，第二OR门744可产生逻辑真： 746，其中M是模型（意指通道A比B更接近模型），BNOT可用748，或A和B接近750。根据示例实施例，上文描述的逻辑的所得单独的通道一致性置信度740输出可以对单个通道提供一致性指示。在示例实施例中，单独通道一致性置信度740输出可以指示在可用传感器通道最接近地匹配有效传感器模型时的一致性置信度。相反，在示例实施例中，如果一个或没有传感器可用，可输出无一致性置信度740的指示。根据示例实施例，如在图7中示出的相似的过程和逻辑图可以用于确定通道B和C之间的一致性。
图8描绘根据本发明的示例实施例的组合置信度计算器800的框图。（组合置信度计算器800可对应于例如图1的框106）。在示例实施例中，所有特定故障置信度可由第一最小值选择802组合。例如，噪声置信度804、漂移置信度806、尖峰置信度810、移位置信度812、一致性置信度814和范围内置信度816可提供输入给第一最小值选择802。在某些示例实施例中，故障置信度810-816可在输入到第一最小值选择802之前经由转换器818-824转换为模拟信号。在示例实施例中，第一最小值选择802的输出可提供输入给可选历史框826，可立即对其取消选择，但可需要回复延迟以恢复在线。在示例实施例中，历史框826可将特定传感器的历史纳入考虑并且可不允许传感器增加置信度直到它正确地操作预定时段。在示例实施例中，可在每传感器基础上执行组合置信度计算800。
根据示例实施例，历史框826可包括非线性变换器828，其可将输入置信度值分成限定水平或范围的置信度。在示例实施例中，非线性变换器828的输出可传递到积分器830，其可提供平滑，并且可提供保护以防止间歇失效。历史框826的输出可以是通道健康的指示，并且可传递到第二最小值选择832。在示例实施例中，该第二最小值选择832可用第一最小值选择802的输出标度历史框826的输出。在另一个示例实施例中，第二最小值选择框832可选择来自第一最小值选择802的输出或历史框826的输出的最小值。在示例实施例中，组合置信度计算器800可对每个冗余传感器产生组合置信度834。例如，该组合置信度834可对应于来自图1的组合置信度144-148。
图9描绘根据本发明的示例实施例的矫正系统900的框图。（该矫正系统900可对应于图1中的矫正框108）。在示例实施例中，该矫正系统900可形成最后矫正值960（其对应于图1的矫正值112）和保护逻辑值928（其对应于图1的保护逻辑值114）。在示例实施例中，如果三个通道可用（例如，如果通道置信度超出预定值），可发生中值选择908。如果两个通道可用，可使用通道置信度的加权平均值910。如果一个通道可用，则使用它。如果所有通道失效，则选择默认值952。在示例实施例中，可使用默认值952直到至少一个通道变成可用。在示例实施例中，输出矫正值960可进一步包括如果模型有效958则输出建模的值948或相反在一个或多个传感器902、904、906中没有一个的置信度值912、914、916满足或超过相应的预定阈值918、920、922时输出默认值952。在示例实施例中，可在一个或多个传感器902、904、906中的全部的置信度值912、914、916低于预定阈值918、920、922时输出928保护逻辑值。
根据示例实施例，来自一致性检测器（如在来自图7的700中）、指示可用信号之间高差异的保护逻辑值可促使将剩余传感器的最小值、最大值或加权平均值选为矫正值960。在示例实施例中，输出矫正值960可包括在一个或多个传感器902、904、906中的两个的置信度值912、914、916超出预定阈值918、920、922并且相差超过预定差值且没有检测到其它故障时预先选择和输出来自一个或多个传感器902、904、906中的两个的接收传感器信号的最大值、最小值或平均值。在示例实施例中，可至少基于要失效的传感器的安全方向而提前做出预选选择和输出接收传感器信号的最大值、最小值或平均值的该选择。例如，如果两个方向同样都不好，可选择加权平均值。在示例实施例中，在剩余的“良好”冗余传感器（2或3个）相差超过规定阈值并且未检测到例如尖峰、移位等的其它故障时可指示高差异。
在示例实施例中，可对冗余传感器监测信号902-906和置信度值912-916。根据示例实施例，接收置信度值912、914、916可包括至少接收一个或多个参数124-136的最小置信度选择，该一个或多个参数124-136可包括可用状态124；尖峰126；移位128；阻塞130；噪声132；不一致134；或漂移136中的一个或多个。在示例实施例中，当置信度大于预定值时，可监测置信度值912-916并且通过框918-922将其转换为真值或二进制1。如果置信度小于预定值（指示低置信度），框918-922可输出二进制假或零。在示例实施例中，求和框924可使来自框918-922的转换置信度值相加。如果求和框924的输出小于1，<1框926的输出将为真，其对所有传感器指示低置信度。在示例实施例中，<1框926可触发某些保护逻辑值928。在示例实施例中，<1框926的输出可提供输入给第一AND门954和第二AND门956。在示例实施例中，有效模式958的指示也可提供输入给第一AND门954。在示例实施例中，如果存在有效模式958的指示，并且如果对于所有传感器存在低置信度，第一AND门954的输出可经由开关946选择模型值948以供输出到矫正值960。然而，在模型无效（如由有效模型958上的假值指示的）并且对于所有传感器存在低置信度的示例实施例中，第二AND门956可使来自有效模型958的输入反转并且第二AND门956的输出可经由开关950选择默认值952以供输出到矫正值960。
根据另一个示例实施例，当三个冗余传感器中的全部被确定为有效或具有高置信度时，=3框930的输出可为真并且开关944可选择传感器信号902-906的中值909以供输出到矫正值960。
在另一个示例实施例中，当传感器902-906中的两个可用时，并且当传感器置信度值912-916中的两个高于低置信度阈值时，则传感器信号的加权平均值910可输出到矫正值960。在某一示例中，来自单独的传感器902-906的信号可用于或被预先选择934-942以供输出到矫正值960。
根据示例实施例，可在矫正值960的输出之前提供速动平滑器962来限制矫正值变化的速率并且在通道状态改变时避免快速跳变。在示例实施例中，可在平滑时间期间执行初始和指标值之间的转变。在示例实施例中，平滑器可在选择状态不对应于先前扫描时被启用。例如，置信度条件可促使在一个样本上选择中值909，接着在下一个样本上选择加权平均值910，这可在可以由速动平滑器962平滑的矫正值960中创建不连续。在示例实施例中，在平滑时间间隔终止之后，矫正值可等于新值（在该示例中是加权平均值）。在示例实施例中，平滑时间可在默认值模式参与转变（作为初始状态或目标状态）时增加。
图10描绘示例速动平滑器1000的框图。（该速动平滑器1000可对应于图9的速动平滑器962）。在示例实施例中，速动平滑器1000可适用于如果通道状态和计算规则改变则平滑矫正值1042。例如，状态改变的检测可启用滞后滤波器1040，其在规定时段期间平滑输出矫正值1042。在平滑时间间隔终止后，滞后滤波器1040可被旁路。
在某些示例实施例中，速动平滑器1000可经由滞后滤波器、速率限制器或斜坡函数而实现。在示例实施例中，并且如在图10中描绘的，冗余传感器的总置信度值1002-1006可由<低置信度框1008-1012评估来确定置信度值是否小于预定置信度值。在示例实施例中，<低置信度框1008-1012的二进制输出在输入到异或门1020-1024的另一输入之前可与到异或门1020-1024的一个通路输入以及到延迟1014-1018的另一个通路输入分开。在示例实施例中，异或门1020-1024的输出可输入到OR门1028。在示例实施例中，来自OR门1028的输出可对可编程延迟1030提供输入。该可编程延迟1030例如还可接收过滤时段1032输入。在示例实施例中，置信度输入1002-1006的改变可启用可编程延迟1030来旁路正常输出1044（例如来自从图9的开关950）并且相反提供来自滤波器1040的平滑矫正输出1042。在示例实施例中，滤波器1040可至少基于过滤系数1036和/或过滤时段1032而提供平滑的矫正输出1042同时可编程延迟1030旁路1038正常输出1044。
图11描绘用于确定传感器信号样本1102中的信号噪声的在线标准偏差估计器1100的框图。在示例实施例中，标准偏差1124的估计可基于自信号预期值的平均偏差而得到，其可从线性回归1114预测。该计算方法优于传统噪声估计方法的一个优点是它对瞬态行为的低依赖性。
在示例实施例中，具有时间戳t1,…,tn1104的输入信号测量序列x1,…,xn1102可解释为随机函数x(t)。该函数可被x=at+b形式的线性回归曲线逼近，该参数a和b可根据下列等式使用最小二乘法而确定：
（等式1），
其中x代表传感器信号样本1102，t代表时间，i代表与输入样本1102关联的指数1104，a和b代表回归系数1110，并且n代表在确定最小二乘逼近1108中使用的传感器信号样本1102的数量。在示例实施例中，关于未知参数a、b和用于最小值条件优化的微分等式1导致下列线性系统：
（等式2），
其中x代表传感器信号样本1102，t代表时间，i代表与输入样本1102关联的指数1104，a和b代表回归系数1110，并且n代表在确定线性回归1114中使用的传感器信号样本1102的数量。
在示例实施例中，Kramer方法可用于对等式1系统求解。使用计算的解a、b，下一个数据点的预期值可计算为xe=a(tn+t)+b，其中t=样本时间。自预期值（x-xe的绝对值）的当前测量偏差的模数可解释为原始标准偏差估计。在示例实施例中，该原始标准偏差估计然后可由滞后滤波器平滑。
根据某些实施例，与经典的标准偏差估计方法相比，该方法的优点是明显减少时间延迟。减少的时间延迟极大地减少输入信号瞬态期间标准偏差估计的失真。例如，由于过程瞬态以及测量噪声，动态测量通常包含波动。为了传感器健康诊断目的，在标准偏差估计中仅期望测量噪声。根据示例实施例，测量噪声可与包含额外的过程相关分量的总信号分离。估计信号的标准偏差（以及因此噪声含量）的传统或经典的方法通常在过程变量自身快速移动时引入明显的估计偏离。本发明的示例实施例设计成解决与传统的标准偏差估计方法相关的这样的不足。
在示例实施例中，标准偏差估计方法可提供噪声估计，其弱依赖于瞬态和高频过程波动。例如，标准偏差估计的一个用途是检测信号中异常高的噪声量用于故障检测目的。在传感器的背景下，这可以是范围内失效（－例如松动连接）的早期指示。范围内失效的检测可有助于消费者预防性维护、防止由于仪器失效引起的不必要跳闸以及在极端情况下防止例如硬件损坏的灾变性事件发生。标准偏差估计器1100算法的实施例允许对失效有高灵敏度同时保持健壮性。
根据本发明的示例实施例，并且继续参考图11，标准偏差估计器1100可包括回归外推器1106，其可接收传感器信号样本1102和时间标记1104。根据示例实施例，传感器信号样本1102和时间标记1104可输入到最小二乘逼近框1108，其可使用上文的等式1计算回归系数a和b1110。在示例实施例中，确定回归系数1110至少部分基于最小二乘逼近1108。时间标记1104也可输入到时间推进框1112。在示例实施例中，时间推进框1112的输出以及回归系数a和b1110可输入到线性回归框1114，其可根据上文的等式2产生预测的传感器信号值1116。在示例实施例中，确定输入样本1102的预测值1116至少部分基于线性回归1114。
在示例实施例中，传感器信号值1102可由差结1118从预测传感器值1116中减去，并且所得的差可由绝对值框1120处理。在示例实施例中，绝对值框1120的输出可由低通滤波器1122滤波来产生标准偏差1124的估计。也就是说，在示例实施例中，标准偏差1122的滤波估计可通过对输入样本1102与预测值1116之间的差滤波而确定。
根据示例实施例，标准偏差估计器1100可确定输入样本（1102）的预测值（1116），这至少部分基于推进指数（1112）。
图12描绘另一个一致性检测器1200实施例的框图。为了简单起见，图12描绘用于评估三个冗余通道一致性组合（A-B，B-C或A-C）中的一个的实施例。根据示例实施例，一致性检测器1200可接收若干输入，其代表用于确定冗余传感器通道之间的一致性的条件。在示例实施例中，不管状态如何，第一条件1212可以是与任何其它冗余传感器通道的成对一致性的指示。第二条件1202可以是是一个或更少的传感器通道可用的指示。第三条件1208可以是跨所有可用传感器通道的总宽度是否相差大于一致性阈值（如在图7的704中）的指示。第四条件（未示出）可以是相对于有效传感器模型是存在可用的离群传感器通道还是通道集合的指示。第五条件1210可以是第四条件是否为真并且被检查的通道是否在一个或多个离群通道之间的指示。
根据示例实施例，输出一致性置信度（或没有置信度）1226的指示可包括在以下时候输出零一致性置信度的指示：在传感器模型有效1226时；在传感器通道不处于1216初始化1204状态时；在未1214满足第二条件1202时；在满足第三条件1208时；以及在满足第五条件1210时。在示例实施例中，单个通道一致性置信度1226的指示可包括在满足第一条件1212时或在满足第二条件1202时输出通道正一致性置信度。例如，如果到OR门1220的任一输入为真，锁存器1222可重置，并且锁存器1222的假值输出可反转1224来产生真输出1226，其指示正的单个通道一致性置信度。
根据示例实施例，传感器通道成对一致性1212（如在图7的709中）可包括小于一致性阈值（如在图7的704中）的两个传感器通道之间的差（如在图7的702中）的绝对值。在示例实施例中，可用的离群传感器通道可包括与传感器模型（如在图1的122中）相比具有最大差的可用传感器通道。在示例实施例中，可用传感器通道可包括不具有参数故障的传感器通道，其中这些参数包括可用性（如在图1中的124）；尖峰（如在图1中的126）；移位（如在图1中的128）；阻塞（如在图1中的130）；噪声（如在图1中的132）；不一致（如在图1中的134）；和漂移（如在图1中的136）。根据示例实施例，非离群传感器通道之间的成对不一致可包括大于不是离群值的可用传感器通道之间的一致性阈值（如在图7的704中）的差。
用于检测和矫正传感器信号故障的示例方法1300现在将参考图13的流程图描述。该方法1300在框1302中开始，并且根据本发明的示例实施例，该方法1300包括监测从一个或多个传感器接收的数据。在框1304中，该方法1300包括至少部分基于监测的数据对与一个或多个传感器关联的一个或多个参数确定置信度值。在框1306中，该方法1300包括对一个或多个传感器中的每个确定组合置信度。在框1308中，该方法1300包括至少部分基于监测的数据和组合置信度输出矫正值和状态。该方法1300在框1308后结束。
用于检测并且去除与传感器信号关联的脉冲干扰的示例方法1400现在将参考图14的流程图描述。该方法1400在框1402中开始，并且根据本发明的示例实施例，该方法1400可包括接收来自传感器的信号样本。在框1404中，该方法1400包括在当前样本与先前的无脉冲样本之间的差幅度大于预定阈值时检测脉冲干扰。在框1406中，该方法1400包括在检测到脉冲干扰时输出先前的无脉冲样本。该方法1400在框1406后结束。
用于检测并且指示冗余传感器信号中的移位的示例方法1500现在将参考图15的流程图描述。该方法1500在框1502中开始，并且根据本发明的示例实施例，该方法1500可包括接收两个或以上冗余传感器的传感器通道接近信号。在框1504中并且根据本发明的示例实施例，该方法1500包括接收两个或以上冗余传感器中的至少一个的尖峰置信度信号。在框1506中并且根据本发明的示例实施例，该方法1500包括接收两个或以上冗余传感器中的至少一个的尖峰持续时间信号。在框1508中并且根据本发明的示例实施例，该方法1500包括至少部分基于接收的传感器通道接近信号、接收的尖峰置信度信号和接收的尖峰持续时间信号确定移位置信度。在框1510中并且根据本发明的示例实施例，该方法1500包括输出移位置信度。该方法1100在框1510后结束。
用于确定传感器可靠性的示例方法1600现在将参考图16的流程图描述。该方法1600在框1602中开始，并且根据本发明的示例实施例，该方法1600包括接收与传感器关联的信号样本。在框1604中并且根据本发明的示例实施例，该方法1600包括接收与该传感器关联的预期标准偏差值（508）。在框1606中并且根据本发明的示例实施例，该方法1600包括至少部分基于接收的传感器样本与预测的传感器信号值之间的差来估计信号样本的噪声标准偏差。在框1608中并且根据本发明的示例实施例，该方法1600包括至少部分基于估计的噪声标准偏差与预期的标准偏差值之间的第一比率输出噪声置信度值。该方法1600在框1608后结束。
用于检测并且指示冗余传感器通道和传感器模型的一致性置信度的示例方法1700现在将参考图17的流程图描述。该方法1700在框1702中开始，并且根据本发明的示例实施例，该方法1700包括确定可用传感器通道成对一致性。在框1704中并且根据本发明的示例实施例，该方法1700包括对传感器模型确定可用传感器通道最接近匹配逻辑。在框1706中并且根据本发明的示例实施例，该方法1700包括在对传感器模型的传感器通道最接近匹配对应于处于成对一致性中的至少一个可用传感器通道时输出一致性置信度的指示。该方法1700在框1706后结束。
用于矫正来自冗余传感器的信息的示例方法1800现在将参考图18的流程图描述。该方法1800在框1802中开始，并且根据本发明的示例实施例，该方法1800包括接收来自一个或多个传感器的传感器信号。在框1804中并且根据本发明的示例实施例，该方法1800包括接收与该一个或多个传感器关联的置信度值。在框1806中并且根据本发明的示例实施例，该方法1800包括输出矫正值。该矫正值可包括：当一个或多个传感器中的三个的置信度值满足或超过预定阈值时来自一个或多个传感器的接收传感器信号的中值；当一个或多个传感器中的两个的置信度值满足或超过预定阈值时来自一个或多个传感器中的两个的接收传感器信号的加权平均值；或当一个或多个传感器中仅一个可用或被预先选择时来自一个或多个传感器中的一个的接收传感器信号。该方法1800在框1806后结束。
用于估计时变信号中的噪声标准偏差的示例方法1900现在将参考图19的流程图描述。该方法1900在框1902中开始，并且根据本发明的示例实施例，该方法1900包括接收代表时变信号的幅值的输入样本。在框1904中并且根据本发明的示例实施例，该方法1900包括接收代表与输入样本关联的相对采样时间的指数。在框1906中并且根据本发明的示例实施例，该方法1900包括至少部分基于接收的输入样本和接收的指数确定回归系数。在框1908中并且根据本发明的示例实施例，该方法1900包括至少部分基于确定的回归系数确定输入样本的预测值。在框1910中并且根据本发明的示例实施例，该方法1900包括至少部分基于输入样本与预测值之间的差确定噪声标准偏差的估计。该方法1900在框1910后结束。
用于检测并且指示冗余传感器通道和传感器模型的一致性置信度1226的示例方法2000现在将参考图20的流程图描述。该方法2000在框2002中开始，并且根据本发明的示例实施例，该方法2000包括确定指示传感器通道是否与任何其它冗余传感器通道处于成对一致性709（不管状态如何）的第一条件1212。在框2004中并且根据本发明的示例实施例，该方法2000包括确定指示是一个或更少传感器通道可用的第二条件1202。在框2006中并且根据本发明的示例实施例，该方法2000包括确定指示跨所有可用传感器的总宽度相差是否大于一致性阈值704。在框2008中并且根据本发明的示例实施例，该方法2000包括确定指示相对于有效传感器模型是否存在一个或多个可用离群传感器通道的第四条件。在框2010中并且根据本发明的示例实施例，该方法2000包括确定指示第四条件是否为真并且被检查的通道是否在离群通道之间的第五条件1210。在框2012中并且根据本发明的示例实施例，该方法2000包括至少部分基于第一条件、第二条件、第三条件、第四条件或第五条件中的一个或多个输出一致性置信度1226的指示。该方法2000在框2012后结束。
因此，本发明的示例实施例可以提供这样的技术效果，即创建通过将在线噪声标准偏差估计与正常水平比较而可以检测到传感器信号何时阻塞或异常的某些系统、方法和设备。本发明的示例实施例可以提供另外的技术效果，即提供用于确定在声明故障之前的测量噪声的量的系统、方法和设备。本发明的示例实施例可以提供另外的技术效果，即提供用于确定高传感器信号噪声或异常低的传感器信号噪声的条件的系统、方法和设备。
在本发明的示例实施例中，故障检测、隔离和矫正系统100、处理系统200、尖峰检测器300、移位检测器400、噪声/阻塞检测器500、漂移检测器600、一致性检测器700、组合置信度系统800、矫正系统900、速动平滑器1000和一致性检测器1200可包括任何数量的硬件和/或软件应用程序，其被执行以便于操作中的任何操作。
在示例实施例中，一个或多个I/O接口可便于故障检测、隔离和矫正系统100、处理系统200、尖峰检测器300、移位检测器400、噪声/阻塞检测器500、漂移检测器600、一致性检测器700、组合置信度系统800、矫正系统900、速动平滑器1000、一致性检测器1200与一个或多个输入/输出装置之间的通信。例如，通用串行总线端口、串行端口、盘驱动器、CD-ROM驱动器和/或一个或多个用户接口装置（例如显示器、键盘、小键盘、鼠标、控制面板、触摸屏显示器、麦克风等）可便于用户与故障检测、隔离和矫正系统100、处理系统200、尖峰检测器300、移位检测器400、噪声/阻塞检测器500、漂移检测器600、一致性检测器700、组合置信度系统800、矫正系统900、速动平滑器1000和一致性检测器1200交互。该一个或多个I/O接口可用于从许多种输入装置接收或收集数据和/或用户指令。接收的数据可如在本发明的各种实施例中期望的那样由一个或多个计算机处理器处理和/或存储在一个或多个存储器装置中。
一个或多个网络接口可便于故障检测、隔离和矫正系统100、处理系统200、尖峰检测器300、移位检测器400、噪声/阻塞检测器500、漂移检测器600、一致性检测器700、组合置信度系统800、矫正系统900、速动平滑器1000和一致性检测器1200输入和输出连接到一个或多个适合的网络和/或连接。例如，这些连接便于与关联于系统的任何数量的传感器通信。该一个或多个网络接口可进一步便于连接到一个或多个适合的网络；例如，局域网、广域网、因特网、蜂窝网络、射频网络、支持BluetoothTM（TelefonaktiebolagetLMEricsson所有）的网络、支持Wi-FiTM（Wi-FiAlliance所有）的网络、基于卫星的网络、任何有线网络、任何无线网络等，用于与外部装置和/或系统通信。
如期望的那样，本发明的实施例可包括故障检测、隔离和矫正系统100、处理系统200、尖峰检测器300、移位检测器400、噪声/阻塞检测器500、漂移检测器600、一致性检测器700、组合置信度系统800、矫正系统900、速动平滑器1000和一致性检测器1200，其具有在图1至12中图示的更多或更少的部件。
在上文参考根据本发明的示例实施例的系统、方法、设备和/或计算机程序产品的框图和流程图描述本发明。将理解框图和流程图中的一个或多个框以及框图和流程图中的框的组合可以分别由计算机可执行程序指令实现。同样，根据本发明的一些实施例，框图和流程图的一些框可不一定需要以呈现的顺序执行，或完全不一定需要执行。
这些计算机可执行程序指令可装载到通用计算机、专用计算机、处理器或其他可编程数据处理设备上来产生特定的机器，使得在计算机、处理器或其他可编程的数据处理设备上执行的指令创建用于实现在流程图框或多个框中规定的一个或多个功能的工具。这些计算机程序指令还可存储在计算机可读存储器中，其可以指示计算机或其他可编程数据处理设备采用特定的方式起作用，使得存储在计算机可读存储器中的指令产生包括实现流程图框或多个框中规定的一个或多个功能的指令工具的制造物品。作为示例，本发明的实施例可提供计算机程序产品，其包括计算机可用介质，该计算机可用介质具有包含于其中的计算机可读程序代码或程序指令，所述计算机可读程序代码适应于被执行以实现流程图框或多个框中规定的一个或多个功能。计算机程序指令还可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上以使在计算机或其他可编程设备上执行的一系列运算元素（operationalelements）或步骤产生计算机实现的过程使得在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图框或多个框中规定的功能的元素或步骤。
因此，框图和流程图的框支持用于执行规定功能的工具的组合、用于执行规定功能的元素或步骤和用于执行规定功能的程序指令工具的组合。还将理解框图和流程图的每个框以及框图和流程图中的框的组合可以由执行专用硬件和计算机指令的规定功能、元素或步骤或组合的专用、基于硬件的计算机系统实现。
尽管本发明已经连同目前认为是最实用的以及各种实施例描述，要理解本发明不限于公开的实施例，而相反，本发明意在涵盖包括在随附权利要求的范围内的各种修改和等同设置。尽管本文采用特定术语，它们仅在一般和说明意义上使用并且不是为了限制的目的。
该书面描述使用示例以公开本发明，其包括最佳模式，并且还使本领域内任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域内技术人员想起的其他示例。这样的其他示例如果它们具有不与权利要求的文字语言不同的结构元件，或者如果它们包括与权利要求的文字语言无实质区别的等同结构元件则规定在权利要求的范围内。
部件列表
100 故障检测、隔离和矫正系统框图 102 传感器
104 检测和置信度确定框 106 组合置信度计算器框
108 矫正器框 110 特定故障状态
112 矫正值 114 保护逻辑值
116 传感器A 118 传感器B
120 传感器C 122 传感器模型（M）
124 可用性状态（AST） 126 尖峰检测器
128 移位检测器 130 阻塞检测器
132 噪声检测器 134 一致性检测器
136 漂移检测器 138 置信度A（AST，尖峰…）
140 置信度B（AST，尖峰…） 142 置信度C（AST，尖峰…）
144 组合A置信度 146 组合B置信度
148 组合C置信度 200 处理系统框图
202 控制器 204 存储器
206 一个或多个处理器 208 输入/输出接口
210 网络接口 212 操作系统
214 数据 216 传感器
218 输入/输出人接口装置 220 传感器模型
222 故障检测器 224 置信度模块
226 矫正器/调节器 300 尖峰检测器框图
302 传感器样本（值） 303 当前样本
305 先前样本 306 差异框
307 差 308 绝对值
309 差幅度 310 大于评估框
311 单个样本延迟
312 尖峰阈值 313 开关
315 输出（无脉冲） 317 检测的尖峰（指示符）
318 假到真延迟 320 拾取时间延迟
322 or门 324 初始化输入
326 移位置信度（也参见414） 328 尖峰置信度
332 保护逻辑值 400 移位检测器框图
402 尖峰置信度 404 通道接近信号
406 真到假延迟（释放延迟） 408 AND框
410 锁存器 411 通道接近属性信号
412 逆变器 414 移位置信度
416 保护逻辑值 418 释放延迟
420 传感器不再接近（或在范围外） 422 通道接近属性假
424 通道再次接近 426 拾取延迟（大于或等于尖峰持续时间）
428 通道接近属性真 500 噪声/阻塞检测器框图
501 传感器 502 传感器信号样本（没有尖峰）
504 标准偏差估计器 506 除法框
508 预期标准偏差值（受训的） 510 噪声插值器
512 阻塞插值器 513 具有一阶滞后滤波器的延迟
514 噪声置信度 516 保护逻辑值
518 噪声置信度 520 保护逻辑值
600 漂移检测器框图 602 传感器输入
604 频率分离器1 606 频率分离器2
608 频率分离器3 610 频率分离器4
612 减法框1 614 减法框2
616 减法框3 618 漂移门确定1
620 漂移门确定2 622 漂移门确定3
624 最小值 626 漂移置信度
628 保护逻辑值 700 一致性检测器框图
702 abs（A-B），A和B代表（A，B，C）中的不同通道 704 一致性阈值（门，灵敏度）
706 去抖动延迟（迟滞） 708 一致性过程
709 成对一致性 710 第一and门
712 A可用 714 B可用
716 第二and门 718 A与C不一致
720 所有传感器不一致 722 锁存器
724 A接近B或C 726 第三and门
728 第四and门 732 模型无效
734 模型有效 736 第一开关
738 第二开关 740 所有通道一致性置信度
742 真 744 第二OR门
746 （M=模型）（A最接近模型） 748 B非可用
750 A和B接近 752 第一OR门
754 （M=模型）（A最接近模型） 756 C非可用
758 A和C接近 760 第三开关
762 A非可用 764 、、中的最小值（对模型的通道最接近匹配）
766 第四开关 800 组合置信度计算框图
802 最小值选择 804 噪声置信度
806 漂移置信度 810 尖峰置信度
812 移位置信度 814 一致性置信度
816 范围内置信度 818 模拟转换1
820 模拟转换2 822 模拟转换3
824 模拟转换4 826 历史框
828 非线性变换器 830 积分器
832 第二最小值选择框 834 组合置信度
900 矫正系统框图 902 传感器A
904 传感器B 906 传感器C
908 中值框 909 中值数据
910 加权平均值框 911 加权平均值
912 置信度A 914 置信度B
916 置信度C 918 >低置信度A
920 >低置信度B 22 >低置信度C
924 求和框 926 <1
928 保护逻辑值 930 =3
932 开关 934 仅C可用
936 开关 938 仅B可用
940 开关 942 仅A可用
944 开关 946 开关
948 模型值 950 开关
952 默认值 954 第一AND门
956 第二AND门 958 模型有效
960 调节值 962 速动平滑器
1000 速动平滑器框图 1002 置信度A
1004 置信度B 1006 置信度C
1008 <低置信度A 1010 <低置信度B
1012 <低置信度C 1014 一个样本延迟
1016 一个样本延迟 1018 一个样本延迟
1020、1022、1024 xor 1028 OR
1030 可编程延迟 1032 过滤时段
1034 除 1036 过滤系数
1040 旁路输入 1042 平滑值
1044 正常输出 1100 标准偏差估计器框图
1102 传感器信号样本 1104 时间指数
1106 回归外推器 1108 最小二乘逼近框
1110 回归系数 1112 时间推进
1114 线性回归框 1116 预测传感器信号值
1118 差结 1120 绝对值框
1122 低通滤波器 1124 标准偏差估计
1200 一致性检测器框图 1202 1或更少的通道可用（条件2）
1204 初始化 1206 模型有效
1208 对之间的高差异（条件3） 1210 非离群传感器通道之间的成对不一致（条件5）
1212 成对一致性（条件1） 1214 非
1216 非 1218 and
1220 or 1222 锁存器
1224 非 1226 通道一致性置信度
1300 方法 1302、1304、1306、1308 框
1400 方法 1402、1404、1406 框
1500 方法 1502、1504、1506、1508、1510 框
1600 方法 1602、1604、1606、1608 框
1700 方法 1702、1704、1706 框
1800 方法 1802、1804、1806 框
1900 方法 1902、1904、1906、1908、1910 框
2000 方法 2002、2004、2006、2008、2100、2012 框

Claims (20)

1.一种用于确定传感器可靠性的方法，包括：
接收与传感器关联的信号样本；
接收与所述传感器关联的预期标准偏差值；
至少部分基于接收的信号样本与预测的传感器信号值之间的差估计所述信号样本的噪声标准偏差；以及
至少部分基于估计的噪声标准偏差与所述预期标准偏差值之间的第一比率输出噪声置信度值。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括至少部分基于所述估计的噪声标准偏差与所述预期标准偏差值之间的第二比率输出阻塞置信度值。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第二比率小于0.05。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一比率大于10。
5.如权利要求1所述的方法，其中，输出所述噪声置信度值包括使所述噪声置信度值延迟并且对其滤波。
6.如权利要求1所述的方法，其中，至少部分通过训练而确定所述信号样本的所述预期标准偏差值，其中训练包括在稳态操作期间接收所述信号样本。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述噪声置信度值包括在从0至1范围内的模拟信号。
8.如权利要求2所述的方法，其中，所述阻塞置信度值包括在从0至1范围内的模拟信号。
9.一种用于确定传感器可靠性的系统，包括：
至少一个传感器；
至少一个存储器，用于存储数据和计算机可执行指令；
至少一个处理器，其配置成访问所述至少一个存储器并且进一步配置成执行所述计算机可执行指令以用于：
接收与所述至少一个传感器关联的信号样本；
接收与所述至少一个传感器关联的预期标准偏差值；
至少部分基于接收的信号样本与预测的传感器信号值之间的差估计所述信号样本的噪声标准偏差；以及
至少部分基于所述估计的噪声标准偏差与所述预期标准偏差值之间的第一比率输出噪声置信度值。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述至少一个处理器进一步配置用于至少部分基于所述估计的噪声标准偏差与所述预期标准偏差值之间的第二比率输出阻塞置信度值。
11.如权利要求10所述的系统，其中，所述第二比率小于0.05。
12.如权利要求9所述的系统，其中，所述第一比率大于10。
13.如权利要求9所述的系统，其中，至少部分通过训练而确定所述信号样本的所述预期标准偏差值，其中训练包括在稳态操作期间接收所述信号样本。
14.如权利要求10所述的系统，其中，所述噪声置信度值包括在从0至1范围内的模拟信号，并且其中所述阻塞置信度值包括在从0至1范围内的模拟信号。
15.一种用于确定传感器可靠性的设备，包括：
至少一个存储器，用于存储数据和计算机可执行指令；
至少一个处理器，其配置成访问所述至少一个存储器并且进一步配置成执行所述计算机可执行指令以用于：
接收与至少一个传感器关联的信号样本；
接收与所述至少一个传感器关联的预期标准偏差值；
至少部分基于接收的信号样本与预测的传感器信号值之间的差估计所述信号样本的噪声标准偏差；以及
至少部分基于估计的噪声标准偏差与所述预期标准偏差值之间的第一比率输出噪声置信度值。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述至少一个处理器进一步配置用于至少部分基于噪声标准偏差的估计与所述预期标准偏差值之间的第二比率输出阻塞置信度值。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述第二比率小于0.05。
18.如权利要求15所述的设备，其中，所述第一比率大于10。
19.如权利要求15所述的设备，其中，至少部分通过训练而确定所述信号样本的所述预期标准偏差，其中训练包括在稳态操作期间接收所述信号样本。
20.如权利要求16所述的设备，其中，所述噪声置信度值包括在从0至1范围内的模拟信号，并且其中所述阻塞置信度值包括在从0至1范围内的模拟信号。
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