CN103344271B - 传感器故障诊断装置和方法以及传感器的信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器采集模块的故障诊断装置和方法以及传感器的信号采集系统。该装置包括第一传感器采集模块、第二传感器采集模块和差值比较模块。其中，第一传感器采集模块用于通过第一传感器采集并输出第一参数信号;第二传感器采集模块用于通过第二传感器采集并输出第二参数信号;差值比较模块用于计算第一参数信号以及第二参数信号之差的绝对值，并将差的绝对值与预设阈值进行比较，当差的绝对值大于预设阈值时，判定第一传感器采集模块和第二传感器采集模块中的至少一个出现故障。本发明可以在传感器采集的信号的数值大大偏离实际值但又在其采集有效测量范围之内时，准确判断传感器采集模块的是否出现故障，提高了感器故障诊断的准确度。

Description

传感器故障诊断装置和方法以及传感器的信号采集系统

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别地，涉及一种传感器故障诊断装置和方法以及传感器的信号采集系统。

背景技术

转速、温度、压力等信号是控制系统进行状态控制和保护所需的重要参数，而这些信号均是通过传感器进行采集的。在航空发动机控制领域，转速、温度、压力等信号是航空发动机控制的重要参数，能确保发动机运行安全，因此判断传感器是否在正常工作尤为重要。

目前的传感器故障诊断系统仅能判断传感器采集系统是否出现了回路故障(如传感器开路、短路、与地短接等)以及采集得到的信号的数值和变化速率是否在有效范围内，如果转速、温度、压力等传感器硬件采集回路出现信号开路、短路、与地短接或者采集的信号超出其有效范围或者采集的信号变化过快等，故障诊断系统就会确认传感器采集系统出现故障，否则认为采集的信号输出有效。

当传感器采集系统出现其它故障使其采集值大大偏离实际值但又在其采集有效测量范围之内时，现有技术判断不出错误，仍然会认为采集的信号有效准确，这样如果发动机控制系统按错误的信号进行控制的话，发动机便会存在运行安全隐患。

发明内容

本发明目的在于提供一种传感器故障诊断装置和方法以及传感器的信号采集系统，以解决传感器采集系统出现其它故障使其采集值大大偏离实际值但又在其采集有效测量范围之内时，现有技术判断不出错误，仍然会认为采集的信号有效准确的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种传感器采集模块的故障诊断装置，包括：

第一传感器采集模块，用于通过第一传感器采集并输出第一参数信号;

第二传感器采集模块，用于通过第二传感器采集并输出第二参数信号;

差值比较模块，用于计算第一参数信号以及第二参数信号之差的绝对值，并将差的绝对值与预设阈值进行比较，当差的绝对值大于预设阈值时，判定第一传感器采集模块和第二传感器采集模块中的至少一个出现故障。

进一步地，差值比较模块还用于在差的绝对值小于预设阈值时，分别输出第一参数信号以及第二参数信号。

进一步地，第一传感器采集模块包括：

第一采集回路判故单元，用于通过第一传感器采集第一参数信号，并根据第一参数信号判断第一传感器的回路是否存在故障，当第一传感器的回路不存在故障时，将第一参数信号输送给第一判定单元;

第一采集信号判故单元，用于通过第一传感器采集第一参数信号，并判断第一参数信号的数值是否在预设的数值范围内，以及判断第一参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当第一参数信号的数值在预设的数值范围内并且第一参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，将第一参数信号输送给第一判定单元;

第一判定单元，用于在接收到第一采集回路判故单元以及第一采集信号判故单元输出的第一参数信号时，将第一参数信号发送给差值比较模块。

进一步地，第二传感器采集模块包括：

第二采集回路判故单元，用于通过第二传感器采集第二参数信号，并根据第二参数信号判断第二传感器的回路是否存在故障，当第二传感器的回路不存在故障时，将第二参数信号输送给第二判定单元;

第二采集信号判故单元，用于通过第二传感器采集第一参数信号，并判断第二参数信号的数值是否在预设的数值范围内，以及判断第二参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当第二参数信号的数值在预设的数值范围内并且第二参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，将第二参数信号输送给第二判定单元;

第二判定单元，用于在接收到第二采集回路判故单元以及第二采集信号判故单元输出的第二参数信号时，将第二参数信号发送给差值比较模块。

进一步地，第一传感器和第二传感器均包括转速传感器、温度传感器和压力传感器中的一种或者任意几种的组合。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种传感器采集模块的故障诊断方法，包括以下步骤：

S2：通过第一传感器采集并输出第一参数信号;

S4：通过第二传感器采集并输出第二参数信号;

S6：计算第一参数信号以及第二参数信号之差的绝对值，并将差的绝对值与预设阈值进行比较，当差的绝对值大于预设阈值时，判定第一传感器采集模块和\或第二传感器采集模块出现故障。

进一步地，在步骤S6之后，方法还包括步骤：

S7：在差的绝对值小于预设阈值时，分别输出第一参数信号以及第二参数信号。

进一步地，步骤S2包括：

S201：通过第一传感器采集第一参数信号，根据第一参数信号判断第一传感器的回路是否存在故障，当第一传感器的回路不存在故障时，输出第一参数信号，转入步骤S203;

S202：通过第一传感器采集第一参数信号，判断第一参数信号的数值是否在预设的数值范围内并判断第一参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当第一参数信号的数值在预设的数值范围内并且第一参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，输出第一参数信号，转入步骤S203;

S203：在步骤S201和步骤S202均输出第一参数信号时，将第一参数信号输出。

进一步地，步骤S4包括：

S401：通过第二传感器采集第二参数信号，根据第二参数信号判断第二传感器的回路是否存在故障，当第二传感器的回路不存在故障时，输出第二参数信号，转入步骤S403;

S402：通过第二传感器采集第二参数信号，判断第二参数信号的数值是否在预设的数值范围内并判断第二参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当第二参数信号的数值在预设的数值范围内并且第二参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，输出第二参数信号，转入步骤S403;

S403：在步骤S401和步骤S402均输出第二参数信号时，将第二参数信号输出。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种传感器的信号采集系统，包括传感器，以及上述任一项所示的传感器故障诊断装置。

本发明具有以下有益效果：

本发明采用双余度设计，采用两路传感器采集模块采集和输出信号，对计算两路传感器采集模块采集得到的信号的差的绝对值，根据差的绝对值与预设阈值的比较结果，从而判断传感器采集模块是否出现其他故障(除回路故障、极值故障和变化速率故障之外的其他故障)，可以在采集信号的数值大大偏离实际值但又在其采集有效测量范围之内时，准确判断传感器采集模块的是否出现故障，提高了感器故障诊断的准确度，进而提高了传感器采集系统的稳定性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用采提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的传感器故障诊断装置的组成结构示意图;以及

图2是本发明优选实施例的传感器故障诊断方法的流程示意图。

图例说明：

1、第一传感器;2、第二传感器;3、第一传感器采集模块;4、第二传感器采集模块;5、差值比较模块；6、第一采集回路判故单元；7、第一采集信号判故单元；8、第一判定单元;9、第二采集回路判故单元;10、第二采集信号判故单元;11、第二判定单元。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参见图1，本发明的传感器采集模块的故障诊断装置，包括第一传感器采集模块3、第二传感器采集模块4和差值比较模块5。其中，第一传感器采集模块3用于通过第一传感器1采集并输出第一参数信号;第二传感器采集模块4用于通过第二传感器2采集并输出第二参数信号;差值比较模块5用于计算第一参数信号以及第二参数信号之差的绝对值，并将差的绝对值与预设阈值进行比较，当差的绝对值大于预设阈值时，判定第一传感器采集模块3和第二传感器采集模块4中的至少一个出现故障。

上述实施例采用两路传感器采集模块采集和输出信号，对计算两路传感器采集模块采集得到的信号的差的绝对值，根据差的绝对值与预设阈值的比较结果，从而判断传感器采集模块是否出现其他故障(除回路故障、极值故障和变化速率故障之外的其他故障)，可以在采集信号的数值大大偏离实际值但又在其采集有效测量范围之内时，准确判断传感器采集模块的是否出现故障，提高了感器故障诊断的准确度，进而提高了传感器采集系统的稳定性。

优选地，还可将差值比较模块5用于在差的绝对值小于预设阈值时，分别输出第一参数信号以及第二参数信号。因而，可以将上述实施例的故障诊断装置用于传感器信号采集系统，即可以将故障诊断集成在传感器的信号采集系统或线路中，用作中间检测装置。

参见图1，优选地，第一传感器采集模块3包括第一采集回路判故单元6、第一采集信号判故单元7和第一判定单元8。其中，第一采集回路判故单元6用于通过第一传感器1采集第一参数信号，并根据第一参数信号判断第一传感器的回路是否存在故障，当第一传感器1的回路不存在故障时，将第一参数信号输送给第一判定单元8;第一采集信号判故单元7用于通过第一传感器1采集第一参数信号，并判断第一参数信号的数值是否在预设的数值范围内，以及判断第一参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当第一参数信号的数值在预设的数值范围内并且第一参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，将第一参数信号输送给第一判定单元8;第一判定单元8用于在接收到第一采集回路判故单元6以及第一采集信号判故单元7输出的第一参数信号时，将第一参数信号发送给差值比较模块5。

参见图1，优选地，第二传感器采集模块4包括第二采集回路判故单元9、第二采集信号判故单元10和第二判定单元11。其中，第二采集回路判故单元9用于通过第二传感器2采集第二参数信号，并根据第二参数信号判断第二传感器2的回路是否存在故障，当第二传感器2的回路不存在故障时，将第二参数信号输送给第二判定单元11;第二采集信号判故单元10用于通过第二传感器2采集第一参数信号，并判断第二参数信号的数值是否在预设的数值范围内，以及判断第二参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当第二参数信号的数值在预设的数值范围内并且第二参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，将第二参数信号输送给第二判定单元11;第二判定单元用于在接收到第二采集回路判故单元9以及第二采集信号判故单元10输出的第二参数信号时，将第二参数信号发送给差值比较模块5。

本实施例中，第一传感器1和第二传感器2均可以为转速传感器、温度传感器和压力传感器中的一种或者任意几种的组合，但第一传感器1和第二传感器2的传感器类型应是对应的。

参见图2，本发明还的传感器采集模块的故障诊断方法，包括以下步骤：

S2：通过第一传感器采集并输出第一参数信号。优选采用如下步骤实现：

S201：通过第一传感器采集第一参数信号，根据第一参数信号判断第一传感器的回路是否存在故障(本实施例中，回路故障是指传感器开路、短路、与地短接等，此时不能采集到传感器的信号或者信号数值偏离很大)，当第一传感器的回路不存在故障时，输出第一参数信号，转入步骤S203;

S202：通过第一传感器采集第一参数信号，判断第一参数信号的数值是否在预设的数值范围内并判断第一参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当第一参数信号的数值在预设的数值范围内并且第一参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，输出第一参数信号，转入步骤S203；

S203：在步骤S201和步骤S202均输出第一参数信号时，将第一参数信号输出。

S4：通过第二传感器采集并输出第二参数信号。优选采用如下步骤实现：

S401：通过第二传感器采集第二参数信号，根据第二参数信号判断第二传感器的回路是否存在故障，当第二传感器的回路不存在故障时，输出第二参数信号，转入步骤S403;

S402：通过第二传感器采集第二参数信号，判断第二参数信号的数值是否在预设的数值范围内并判断第二参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当第二参数信号的数值在预设的数值范围内并且第二参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，输出第二参数信号，转入步骤S403;

S403：在步骤S401和步骤S402均输出第二参数信号时，将第二参数信号输出。

S6：计算第一参数信号以及第二参数信号之差的绝对值，并将差的绝对值与预设阈值进行比较，当差的绝对值大于预设阈值时，判定第一传感器采集模块和\或第二传感器采集模块出现故障。

在上述的步骤中，步骤S2和步骤S4的顺序并不限定，可以同时进行，也可以以二者中任一个步骤先进行，另一个步骤后进行的方式实现。同样地，步骤S201和步骤S202的实施顺序也不限定，只要在步骤S203之前实施即可;步骤S401和步骤S402的实施顺序也不限定，只要在步骤S403之前实施即可。

优选地，在上述步骤完成后，方法还可包括步骤S7：在差的绝对值小于预设阈值时，分别输出第一参数信号以及第二参数信号。增加该步骤可以使得上述方法可以适用传感器信号传输线路中的故障诊断，在未出现故障时，传感器的信号采集系统可以正常地输出信号，在出现故障时，则通过外围设备可实现相应的报警或者指示，提示操作人员检修或者调整控制策略。

上述方法通过计算第一参数信号和第二参数信号的差的绝对值，根据差的绝对值与预设阈值的比较结果，从而判断传感器采集模块是否出现其他故障(除回路故障、极值故障和变化速率故障之外的其他故障)，可以在传感器采集信号的数值大大偏离实际值但又在其采集有效测量范围之内时，准确判断传感器采集模块的是否出现故障，提高了感器故障诊断的准确度，进而提高了传感器采集系统的稳定性。

本发明的传感器的信号采集系统，包括传感器，以及上述任一项所示的传感器故障诊断装置。未出现故障时，传感器的信号采集系统可以正常地输出信号，在出现故障时，则通过外围设备可实现相应的报警或者指示，提示操作人员检修或者调整控制策略。

如果采集的信号偏离真实值很大，但还仍在其采集范围内，采用现有技术就无法判断出故障。而本发明是在增加了对两路采集的数据进行比较的差值比较判断，如果发现两路信号数据差距较大，表明至少有一路采集系统出现故障，这样，航空发动机的控制系统和飞行驾驶员可及时调整控制策略，保护发动机的安全。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种传感器采集模块的故障诊断装置，其特征在于，包括：

第一传感器采集模块，用于通过第一传感器采集并输出第一参数信号；

第二传感器采集模块，用于通过第二传感器采集并输出第二参数信号；

差值比较模块，用于计算所述第一参数信号以及所述第二参数信号之差的绝对值，并将所述差的绝对值与预设阈值进行比较，当所述差的绝对值大于所述预设阈值时，判定所述第一传感器采集模块和所述第二传感器采集模块中的至少一个出现故障；

其中，所述第一传感器采集模块包括：

第一采集回路判故单元，用于通过所述第一传感器采集第一参数信号，并根据所述第一参数信号判断所述第一传感器的回路是否存在故障，当所述第一传感器的回路不存在故障时，将所述第一参数信号输送给第一判定单元；

第一采集信号判故单元，用于通过所述第一传感器采集第一参数信号，并判断所述第一参数信号的数值是否在预设的数值范围内，以及判断所述第一参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当所述第一参数信号的数值在预设的数值范围内并且所述第一参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，将所述第一参数信号输送给所述第一判定单元；

所述第一判定单元，用于在接收到所述第一采集回路判故单元以及所述第一采集信号判故单元输出的所述第一参数信号时，将所述第一参数信号发送给所述差值比较模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述差值比较模块还用于在所述差的绝对值小于所述预设阈值时，分别输出所述第一参数信号以及所述第二参数信号。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二传感器采集模块包括：

第二采集回路判故单元，用于通过所述第二传感器采集第二参数信号，并根据所述第二参数信号判断所述第二传感器的回路是否存在故障，当所述第二传感器的回路不存在故障时，将所述第二参数信号输送给第二判定单元；

第二采集信号判故单元，用于通过所述第二传感器采集第二参数信号，并判断所述第二参数信号的数值是否在预设的数值范围内，以及判断所述第二参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当所述第二参数信号的数值在预设的数值范围内并且所述第二参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，将所述第二参数信号输送给所述第二判定单元；

所述第二判定单元，用于在接收到所述第二采集回路判故单元以及所述第二采集信号判故单元输出的所述第二参数信号时，将所述第二参数信号发送给所述差值比较模块。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述第一传感器和所述第二传感器均包括转速传感器、温度传感器和压力传感器中的一种或者任意几种的组合。

5.一种传感器采集模块的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2：通过第一传感器采集并输出第一参数信号；

S4：通过第二传感器采集并输出第二参数信号；

S6：计算所述第一参数信号以及所述第二参数信号之差的绝对值，并将所述差的绝对值与预设阈值进行比较，当所述差的绝对值大于所述预设阈值时，判定所述第一传感器采集模块和\或所述第二传感器采集模块出现故障；

其中，所述S2包括：

S201：通过所述第一传感器采集第一参数信号，根据所述第一参数信号判断所述第一传感器的回路是否存在故障，当所述第一传感器的回路不存在故障时，输出所述第一参数信号，转入步骤S203；

S202：通过所述第一传感器采集第一参数信号，判断所述第一参数信号的数值是否在预设的数值范围内并判断所述第一参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当所述第一参数信号的数值在预设的数值范围内并且所述第一参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，输出所述第一参数信号，转入步骤S203；

S203：在所述步骤S201和所述步骤S202均输出所述第一参数信号时，将所述第一参数信号输出。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤S6之后，所述方法还包括步骤：

S7：在所述差的绝对值小于所述预设阈值时，分别输出所述第一参数信号以及所述第二参数信号。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S401：通过所述第二传感器采集第二参数信号，根据所述第二参数信号判断所述第二传感器的回路是否存在故障，当所述第二传感器的回路不存在故障时，输出所述第二参数信号，转入步骤S403；

S402：通过所述第二传感器采集第二参数信号，判断所述第二参数信号的数值是否在预设的数值范围内并判断所述第二参数信号的变化速率是否在预设的变化速率范围内，当所述第二参数信号的数值在预设的数值范围内并且所述第二参数信号的变化速率在预设的变化速率范围内时，输出所述第二参数信号，转入步骤S403；

S403：在所述步骤S401和所述步骤S402均输出所述第二参数信号时，将所述第二参数信号输出。

8.一种传感器的信号采集系统，其特征在于，包括：

传感器，以及

如权利要求1至4中任一项所示的传感器故障诊断装置。