CN105606300A - 一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统，以MSP430单片机为核心，采用恒流激励与矩阵扫测的方法实现对应变式多维力传感器各通道测量电路进行故障诊断，包含硬件系统和软件系统。硬件系统由电源管理模块、恒流激励模块、矩阵开关扫描模块、信号调理模块、信号处理与控制模块、逻辑控制模块、人机接口模块组成。软件系统在故障扫测过程中分别采用阈值比较法和查表法来诊断传感器的短路故障和断路故障，并采用多次循环扫测的方法根据故障出现的次数来辨别短路/虚短、断路/虚断故障情况。本发明能够实现对最多8通道的应变式多维力传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测，且采用电池供电，方便携带。

Description

一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统

技术领域

本发明涉及传感器故障检测领域，为一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统，特别是一种以MSP430单片机为核心，采用恒流激励与矩阵扫测的方法实现对应变式多维力传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测的电池供电式故障诊断系统。

背景技术

应变式多维力传感器能将空间矢量力/力矩沿笛卡尔坐标系分解并输出，在科学试验与工业自动化中被广泛应用，如风洞试验中测量飞行器模型各个方向力/力矩的风洞应变天平、汽车综合性能试验中的车轮力传感器以及工业机器人力控作业中的腕力传感器等等。应变式多维力传感器包含多个测量通道，每个测量通道一般由敏感元(应变梁)和测量电路组成，每个通道的测量电路一般又由应变片搭建的惠斯顿电桥构成。测量电路的好坏直接影响传感器的测量性能。

应用中，多维力传感器通过接插件和线缆连接到信号采集系统，组成多维力测量系统。然而，在实际工作环境中，特别是科学试验中，多维力测量系统往往会发生故障，导致测量结果异常。多维力测量系统的故障既可能出现在多维力传感器上，亦可能出现在接插件、线缆或信号采集系统上。其中，多维力传感器是最薄弱的环节，容易出现测量电路故障，如短路、断路、虚短、虚断等。多维力传感器测量通道多，故障有可能出现在任何通道测量电路的任何桥臂或引线上。另外，多维力传感器结构复杂、紧凑，体积较小，测量电路的布线也就比较复杂难辨。这就使得完全通过人工的方式对多维力传感器进行故障诊断显得费时费力、效率低下。而目前，关于多维力传感器测量电路的故障诊断主要依赖人工进行，且传感器需从工作装置上卸载下来进行离线检测，尚无能够对其进行在线自动诊断的系统。如若故障并非出现在多维力传感器上，复杂工作装置的拆装过程则会严重影响工作效率。

现有文献“称重传感器的工作原理及故障检测”(王传文，化学分析计量，2002，第11卷，第4期)、“应变式称重传感器故障检测方法及步骤”(杨青锋，衡器，2007，第1期增)、“应变式称重传感器原理及故障检测”(刘平凡、罗俊，衡器，2010，第11期)、“电阻应变式称重传感器原理及故障分析检测”(刘丹、高彬、郑一畅，广西轻工业，2010，第8期)中关于应变式传感器桥路故障的检测均为通过人工借助相应的测试设备(如万用表、兆欧表等)来检测桥路阻抗实现故障诊断。这种方法对于多维力传感器而言就很费时费力、效率低下。现有文献“基于多层前向神经网络的应力传感器故障诊断”(张伟、郑恩让，传感器技术，2001，第4期)中虽提及采用神经网络的办法对应力传感器进行故障诊断，但未给出具体的要诊断的故障状况，且诊断对象不是具有多个通道的应变式多维力传感器。现有文献“DesignandImplementationofaSelf-ValidatingPressureSensor”(ZhigangFeng,QiWang,andKatsunoriShida,IEEESensorsJournal,2009,第9卷，第3期)针对应变式压力传感器采用小波包分解法和支持向量机多级分类法对其测量数据进行一致性检验，以诊断传感器故障，但所提方法主要用于识别传感器数据的偏置、漂移、尖峰、震荡和阻断等故障现象，而并非诊断具体的测量电路故障类型和位置。

为此，本发明提供一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统，实现对应变式多维力传感器测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测。

发明内容

本发明要解决应变式多维力传感器测量电路故障的自动检测问题，提供一种基于恒流激励与矩阵扫测的、能够对传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测的电池供电式故障诊断系统。

本发明所采用的技术方案是：采用恒定电流激励(恒流激励)与矩阵扫描测量(矩阵扫测)的方式来检测传感器各通道测量电路输出引线之间以及输出引线与传感器基体(结构钢体)之间的电阻值以诊断传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断的故障情况，基于便携和在线自动诊断的需求研制相应的电池供电式故障诊断系统。具体地：系统以MSP430单片机作为信号处理与控制核心；采用数模转换器(DAC)与压流转换(V/I)电路搭建恒流激励电路以根据传感器应变片阻值R的大小产生合适的激励电流I_e；采用8片矩阵开关芯片搭建矩阵开关扫描电路用于故障诊断过程中切换应变式多维力传感器的通道，以为激励电流I_e提供不同的扫描回路，实现对最多8通道的传感器进行故障扫描；在故障扫描过程中，由信号调理电路对恒流激励电路输出端的电压信号(激励电压)U_e进行信号调理并送给MSP430单片机的片上模数转换器(ADC)进行采样；MSP430单片机根据采集到的激励电压U_e及由其计算得到的负载阻值来诊断传感器故障情况，并将诊断结果送到液晶屏上显示。故障诊断过程中，先对短路故障情况进行循环扫测，再对断路故障情况进行循环扫测，根据多次循环扫测结果中短路、断路故障状态出现的次数来辨别短路与虚短、断路与虚断故障情况。短路故障扫测中，先控制矩阵开关扫描电路将恒流激励电路的激励电流I_e的输出端逐一接至传感器各通道测量电路的输出引线上，并将传感器的基体与恒流激励电路的激励电流I_e的返回端接通，据此根据采集到的U_e的大小判断传感器各通道输出引线是否与传感器的基体短路；然后，控制矩阵开关扫描电路将恒流激励电路的激励电流I_e的输出端与返回端分别接至传感器各通道测量电路的两两引线，据此根据采集到的U_e的大小判断传感器各通道测量电路的两两引线之间是否短路；对U_e采用阈值比较法来判定短路故障，若U_e接近0，则判定相应的扫描回路存在短路故障，否则正常。断路故障扫测中，对传感器每个通道进行独立诊断，采用25种不同的矩阵开关扫描状态对其进行扫描，根据采集到的U_e和激励电流I_e计算其归一化负载阻值，从而得到25种扫描状态下的归一化负载阻值组合，然后通过查表法来确定断路故障情况。其中，断路故障查询表通过仿真计算获得，针对每个测量电路的4根输出引线和4个桥臂的共计256种断路故障组合的情况计算其在25种扫描状态下顺序扫测时获得的归一化负载阻值的组合，然后依据归一化负载阻值组合的唯一性将断路故障情况归纳为40类，从而建立40类断路故障与25种扫描状态下的归一化负载阻值组合的对照表，即为断路故障查询表。对于短路和断路故障的循环扫测结果，若故障出现的次数大于0而小于循环扫测次数则判定为虚短或虚断，若等于循环扫测次数则判定为短路或断路。系统硬件包括电源管理模块、恒流激励模块、矩阵开关扫描模块、信号调理模块、信号处理与控制模块、逻辑控制模块和人机接口模块，采用9V电池供电。系统软件主要包括初始化模块、AD采样模块、扫描控制模块、故障诊断模块、LCD显示模块、按键处理模块和主程序模块。

本发明的工作过程为：先由人机接口模块设入应变式多维力传感器的通道数n、应变片的阻值R和循环扫测的次数M，MSP430单片机自动据此计算并控制恒流激励模块输出合适的激励电流I_e；然后，MSP430单片机再根据短路、断路故障扫测方案控制矩阵开关扫描模块切换恒流激励模块的激励电流I_e的输出端和返回端与传感器各通道测量电路输出引线以及传感器基体之间的连接状态，以对各通道测量电路进行故障扫描；由信号调理模块对故障扫描过程中恒流激励模块输出端的电压(激励电压)U_e进行放大、滤波，并将其送入MSP430单片机的片上模数转换器(ADC)进行采样；根据采集到的激励电压U_e，MSP430单片机分别采用U_e阈值比较法和归一化负载阻值查表法来判定单次扫测情况下的短路和断路故障情况，并记录扫测结果；MSP430单片机控制系统对传感器各通道的短路和断路故障情况分别进行M次循环扫测并记录扫测结果；M次循环扫测完成之后，MSP430单片机再根据循环扫测结果中传感器同一位置出现故障的次数来判定短路和虚短、断路和虚断故障情况，并将故障诊断结果传送给人机接口模块的液晶屏进行显示。

本发明的积极效果是：能够实现对应变式多维力传感器测量电路故障进行在线自动诊断。其特征在于：系统以MSP430单片机为核心，采用恒流激励与矩阵扫测的方法实现对最多8个通道的应变式多维力传感器测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障的自动检测，且采用电池供电，功耗低、便于携带。

附图说明

图1是本发明系统的电路框图；

图2是本发明的电源管理模块的电路框图；

图3是本发明的恒流激励模块的电路框图；

图4是本发明的矩阵开关扫描模块的电路框图；

图5是应变式多维力传感器测量电路示意图；

图6是本发明的逻辑控制模块的电路框图；

图7是本发明的软件功能模块框图；

图8是本发明的故障诊断模块程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和附表对本发明做进一步说明。

本发明的设计思想是：应变式多维力传感器测量电路各桥臂、引线的短路、断路故障均会导致其输出引线间或输出引线与传感器基体(结构钢体)之间电阻值的变化，因此，可直接向传感器测量电路各输出引线通入恒定电流，通过检测恒流输出的电压信号来计算其负载阻值的大小以诊断短路、断路故障。针对不同应变片阻值的传感器，本发明采用数模转换器(DAC)与压流转换(V/I)电路相结合来搭建恒流激励电路，由控制核心根据应变片阻值大小来控制恒流激励电路输出合适的恒定激励电流I_e，以确保恒流输出的电压信号(激励电压)U_e在存在激励电流回路情况下的最大值不超过信号采样的量程；采用矩阵开关芯片搭建矩阵开关扫描电路以使激励电流I_e能以任意方式输入到测量电路中进行故障诊断，从而根据多状态扫测结果分析故障情况；系统信号处理与控制核心采用低功耗MSP430单片机，且直接采用其片上模数转换器(ADC)采样激励电压信号U_e以降低系统复杂度与功耗；系统采用9V电池供电以实现便携的目的。故障诊断过程中，先对短路故障情况进行循环扫测，再对断路故障情况进行循环扫测，以根据多次循环扫测结果中故障状态出现的次数来辨别短路与虚短、断路与虚断故障情况。短路故障扫测中，先控制矩阵开关扫描电路采用激励电流I_e对传感器各通道测量电路输出引线与传感器基体之间进行恒流扫测以诊断传感器输出引线与传感器基体之间的短路故障情况，再控制矩阵开关扫描电路采用激励电流I_e对传感器各通道测量电路两两输出引线之间进行恒流扫测以诊断传感器两两输出引线之间的短路故障情况；恒流扫测过程中，直接根据检测到的激励电压U_e采用阈值比较法来判断是否短路，即当U_e小于短路阈值电压(接近0)时则判定为短路。断路故障扫测中，由于传感器各通道测量电路的断路故障相互独立，所以对每个通道测量电路的断路故障情况进行独立扫测；由于传感器每个通道的4根输出引线与4个桥臂的断路故障情况组合共有256种，矩阵开关扫描电路基于单个通道4根输出引线的有效扫描状态(激励电流I_e的输出端与返回端无直接短接)只有25种，故此先通过仿真计算得出256种断路故障情况在25种矩阵开关扫描状态下激励电流I_e的归一化负载阻值的组合，然后对其进行归纳建立断路故障查询表；在传感器各通道的断路故障扫测中则采用25种不同的矩阵开关扫描状态按顺序对其进行扫描，根据采集到的U_e和激励电流I_e计算其归一化负载阻值，从而得到25种扫描状态下的归一化负载阻值组合，然后通过查表法来确定断路故障情况。

本发明的电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统如图1所示，包括电源管理模块1、恒流激励模块2、矩阵开关扫描模块3、信号调理模块4、信号处理与控制模块5、逻辑控制模块6、人机接口模块7。电源管理模块1用于将电池的供电电压转换为系统其它各模块所需的电源电压；恒流激励模块2产生恒定的激励电流I_e用于故障诊断；矩阵开关扫描模块3用于故障诊断过程中切换应变式多维力传感器的通道，以为激励电流I_e提供不同的扫描回路，实现对传感器各通道进行故障扫描；信号调理模块4用于对故障扫描过程中恒流激励模块的输出电压U_e进行信号滤波和跟随，以改善信噪比；信号处理与控制模块5主要为MSP430单片机最小系统，用于采集信号调理模块输出的信号，进行处理来判定应变式多维力传感器的故障情况，并对系统各模块的工作进行协调控制；逻辑控制模块6用于信号处理与控制模块5和恒流激励模块2、矩阵开关扫描模块3之间的协调控制；人机接口模块7包括液晶屏和按键，以进行人机交互。

所述电源管理模块1如图2所示，由DC/DC变换器U1、低压差线性稳压器(LDO)U2和低压差线性稳压器(LDO)U3组成；DC/DC变换器U1用于将9V电池提供的电源转换为5.5V电源，低压差线性稳压器(LDO)U2和低压差线性稳压器(LDO)U3再分别将5.5V电源转换为3.3V电源和5V电源给系统各模块供电。

所述恒流激励模块2如图3所示，由数模转换器(DAC)U4和压流转换(V/I)电路10组成；压流转换(V/I)电路10由运算放大器A1和A2以及电阻R1、R2、R3、R4和R_J组成，其中R1＝R2，R3＝R4；信号处理与控制模块5通过SPI通讯控制数模转换器(DAC)U4输出电压U_o，再经压流转换(V/I)电路10转换成激励电流I_e并输出，I_e＝U_o/R_J，恒流激励模块输出端的电压即为激励电压U_e；恒流激励模块采用5V电源供电以提供0～5V范围的激励电压U_e，适应不同阻值应变片的传感器。

所述矩阵开关扫描模块3如图4所示，由矩阵开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、开关S0和接线座P1组成；矩阵开关S1-S8均为模拟开关芯片，其a侧的1个通道可由芯片内部的数字开关控制与b侧8个通道中的任意一个或多个通道接通，由外部SPI通讯写入数据到其开关寄存器来实现开关控制；矩阵开关S1、S2、S3、S4的a侧通道0均接到恒流激励模块的激励电流I_e的输出端，矩阵开关S5、S6、S7、S8的a侧通道0均接到恒流激励模块的激励电流I_e的返回端，矩阵开关S1与S5的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的1-8引脚上，矩阵开关S2与S6的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的9-16引脚上，矩阵开关S3与S7的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的17-24引脚上，矩阵开关S4与S8的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的25-32引脚上；开关S0的a侧通道0接到恒流激励模块的激励电流I_e的返回端，开关S0的b侧通道1接到接线座P1的0脚；n通道应变式多维力传感器测量电路示意图如图5所示，L_i1-L_i4即为传感器第i通道的1-4输出引线；接线座P1的0脚在应用中接到应变式多维力传感器的基体(结构钢体)上，接线座P1的k(k＝1,2,3,…,32)脚在应用中与传感器的输出引线L_ij(i＝1,2,3,…,8；j＝1,2,3,4)相连，i为传感器的通道号，i＝int((k-1)/4)+1，int表示取整，j为第i通道的输出引线序号，j＝(k-1)％4+1，％表示取余数；系统工作时，由信号处理与控制模块5通过SPI和I/O来控制开关S0和矩阵开关S1-S8内数字开关的通断，以为激励电流I_e提供不同的扫描回路；矩阵开关扫描模块3采用5V电源供电以降低S0、S1-S8的开关导通电阻。

所述信号调理模块4包含滤波电路、电压跟随电路和限幅保护电路，以降低激励电压U_e的噪声并避免电压超过信号处理与控制模块的采样量程，提高采样精度；信号调理模块由5V电源供电。

所述信号处理与控制模块5由MSP430单片机的最小系统组成，包括MSP430单片机、时钟电路、JTAG仿真接口和复位电路；MSP430是整个系统的信号处理和控制核心，时钟电路为MSP430单片机工作提供时钟，JTAG仿真接口用于MSP430单片机程序的下载与调试，复位电路用于手动复位MSP430单片机；信号处理与控制模块5采用3.3V供电。

所述逻辑控制模块6如图6所示，由电平转换电路11和地址译码电路12组成；电平转换电路11由电平转换芯片组成，用于将信号处理与控制模块5输出的3.3V逻辑电平的SPI通讯信号、地址选通信号和I/O控制信号转换为相应的5V电平的控制信号；地址译码电路12由4-10译码器组成，用于将信号处理与控制模块5输出的地址选通信号译码成9个片选信号，分别用于恒流激励模块2中的数模转换器(DAC)U4和矩阵开关扫描模块3中的8个矩阵开关S1-S8的选通控制，以通过一路SPI通讯总线对其进行分时控制；逻辑控制模块6采用3.3V电源和5V电源供电。

所述人机接口模块7包括液晶屏8和按键9；液晶屏8选用160×160点阵的COG液晶屏，并由信号处理与控制模块5中的MSP430单片机通过SPI通讯总线控制；按键9采用4按键方案，接至信号处理与控制模块5中的MSP430单片机上带中断功能的I/O口，用于设置系统参数和向系统发出控制指令；人机接口模块7采用3.3V供电。

系统工作时，先由人机接口模块7设入应变式多维力传感器的通道数n、应变片的阻值R和故障诊断过程中需要循环扫测的次数M，MSP430单片机据此计算出合适的激励电流I_e，并通过SPI通讯的方式控制恒流激励模块2输出恒定的激励电流I_e；MSP430单片机根据传感器故障扫测流程通过SPI通讯与地址选通信号、I/O控制信号来控制矩阵开关扫描模块3中的矩阵开关S1-S8的内数字开关的通断和开关S0的通断，以对传感器测量电路进行故障扫描；恒流激励模块2的激励电压U_e通过信号调理模块4调理之后由MSP430单片机的片上模数转换器(ADC)采样；MSP430单片机根据采样到的U_e来分析判断传感器测量电路的故障情况；故障分析完成之后将结果通过SPI通讯的方式送到人机接口模块7中的液晶屏8上显示。

系统软件采用模块化设计，包括初始化模块、AD采样模块、扫描控制模块、故障诊断模块、LCD显示模块、按键处理模块和主程序模块，如图7所示。

所述初始化模块负责系统运行变量、常量以及系统时钟、看门狗等等的初始化。

所述AD采样模块负责硬件系统中信号处理与控制模块5中MSP430单片机片上模数转换器(ADC)工作方式的配置、ADC采样中断的处理。ADC配置中，将其16通道排序器设置为对恒流激励模块2输出的激励电压U_e进行16倍过采样以提高采样精度。ADC采样中断服务子程序则主要负责采样结果的读取与预处理，先读取16个ADC结果寄存器中的值，然后对这16个值做平均并转换为电压即得到激励电压U_e。

所述扫描控制模块负责对硬件系统中恒流激励模块2和矩阵开关扫描模块3的通讯控制，包括SPI模块的初始化和SPI数据传输。在矩阵开关扫描模块3的SPI通讯控制中，由于传感器相邻奇/偶通道的引线分别连接到一个矩阵开关的b侧低4位和高4位通道上，所以要根据扫测通道自动选择矩阵开关芯片并决定是否对要发送的开关状态高移4位，然后将其发送到相应的矩阵开关芯片中。

所述故障诊断模块负责传感器各通道的故障诊断，诊断流程为：故障诊断准备→短路故障诊断→断路故障诊断→故障分析与显示，其程序流程图如图8所示。该模块需要调用扫描控制、AD采样和LCD显示等模块的功能函数来控制故障扫描、信号采样和结果显示。

故障诊断准备的过程为：初始化短路故障扫测结果表与断路故障扫测结果表→初始化矩阵开关S1-S8内部的数字开关全部断开、开关S0断开→提示用户设定应变式多维力传感器的通道数目n、传感器所采用的应变片阻值R、循环扫测次数M→计算激励电流I_e以及恒流激励模块中的数模转换器(DAC)U4应输出的电压U_o→通过SPI通讯将U_o值对应的数字量输出到数模转换器(DAC)U4中。由于在各种断路故障情况下，故障诊断中激励电流I_e的负载阻值除无穷大(Inf)情况之外，最小为0.25R，最大为3R；为避免激励电流I_e的负载阻值为3R时，激励电压U_e超出MSP430单片机片上ADC的采样范围为0～U_f，I_e和U_o的计算式为：

$I_e=\frac{0.85U_f}{3R}$

U_o＝I_eR_J

短路故障诊断过程为：先扫测传感器各输出引线与传感器基体(结构钢体)之间的短路故障情况，再扫测传感器两两输出引线之间的短路故障情况，如此循环重复M次。

a.传感器输出引线与传感器基体之间的短路故障扫测步骤为：

①控制开关S0闭合将传感器的基体(结构钢体)与恒流激励模块的激励电流I_e的返回端接通；

②控制矩阵开关S1-S4内部的数字开关以将传感器输出引线L_ij(i＝1,2,3,…,n；j＝1,2,3,4)与恒流激励模块的激励电流I_e的输出端接通；

③采样激励电压U_e；

④对U_e采用阈值比较法来判定短路故障，即若U_e<0.1I_eR，则判定该次扫测的传感器输出引线L_ij与传感器基体(结构钢体)短路，将判定结果记录到短路故障扫测结果表中；

⑤改变i或j并重复前述步骤②③④直至传感器所有的输出引线全部扫测完。

b.传感器两两引线之间短路故障的扫测步骤为：

①控制开关S0断开；

②控制矩阵开关S1-S4中的数字开关使传感器的输出引线L_ij(i＝1,2,3,…,n；j＝1,2,3,4)与恒流激励模块的激励电流I_e的输出端接通；

③控制矩阵开关S5-S8中的数字开关使传感器的输出引线L_kl(k＝i,i+1,…,n；l＝1,2,3,4；L_kl≠L_ij)与恒流激励模块的激励电流I_e的返回端接通；

④采样激励电压U_e；

⑤对U_e采用阈值比较法来判定短路故障，即若U_e<0.1I_eR，则判定该次扫测的传感器输出引线L_ij与L_kl短路，并将判定结果记录到短路故障扫测结果表中；

⑥改变k或l(L_kl≠L_ij)并重复前述步骤③④⑤直至k＝n且l＝4；

⑦改变i或j并重复前述步骤②③④⑤⑥直至i＝n且j＝4。

断路故障诊断过程为：传感器通道1断路故障扫测→传感器通道2断路故障扫测→……→传感器通道n断路故障扫测，如此循环重复M次；

应变式多维力传感器第i(i＝1,2,…,n)通道的断路故障扫测过程为：

①控制开关S0断开；

②控制矩阵开关S1-S4和S5-S8内的数字开关状态使得应变式多维力传感器第i(i＝1,2,…,n)通道的4根输出引线L_i4L_i3L_i2L_i1与恒流激励模块的激励电流I_e的输出端和返回端的连接状态依次为0001/0010、0001/0100、0001/0110、0001/1000、0001/1010、0001/1100、0001/1110、0010/0100、0010/0101、0010/1000、0010/1001、0010/1100、0010/1101、0011/0100、0011/1000、0011/1100、0100/1000、0100/1001、0100/1010、0100/1011、0101/1000、0101/1010、0110/1000、0110/1001、0111/1000，共25种连接状态，“/”前为L_i4L_i3L_i2L_i1与激励电流I_e的输出端之间的连接状态编码，“/”后为L_i4L_i3L_i2L_i1与激励电流I_e的返回端之间的连接状态编码，4位连接状态编码与4根输出引线L_i4L_i3L_i2L_i1一一对应，“0”表示不接，“1”表示接通；

在L_i4L_i3L_i2L_i1与激励电流I_e的输出端和返回端之间的每个连接状态下采样激励电压U_e，计算归一化负载阻值

$\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}=\frac{U_e}{I_{e}R}$

采用阈值比较法对归一化负载阻值进行编号：

当 $0.22\&le;\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}\&le;0.28$ 时， $\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}=0.25,$ 编号为1；

当 $0.30\&le;\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}\&le;0.36$ 时， $\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}=0.33,$ 编号为2；

当 $0.47\&le;\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}\&le;0.53$ 时， $\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}=0.50,$ 编号为3；

当 $0.64\&le;\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}\&le;0.70$ 时， $\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}=0.67,$ 编号为4；

当 $0.72\&le;\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}\&le;0.78$ 时， $\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}=0.75,$ 编号为5；

当 $0.90\&le;\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}\&le;1.10$ 时， $\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}=1,$ 编号为6；

当 $1.90\&le;\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}\&le;2.10$ 时， $\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}=2,$ 编号为7；

当 $2.90\&le;\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}\&le;3.10$ 时， $\stackrel{\&OverBar;}{R_{LB}}=3,$ 编号为8；

当时，为无穷大，编号为9；

当为其它值时，编号为0；

据此得到L_i4L_i3L_i2L_i1与激励电流I_e的输出端和返回端之间在前述25种连接状态下按顺序扫测得到的的编号组合；

应变式多维力传感器第i通道的4根输出引线L_i4、L_i3、L_i2、L_i1与4个桥臂B_i4、B_i3、B_i2、B_i1的断路故障情况总共有256种，根据256种断路故障情况计算得到的的编号组合可将断路故障类型归纳为40类；断路故障类型[1]～[40]所对应的编号组合及其断路故障状态描述如下：

类型[1]：编号组合——5645343536443443543331433，故障描述——正常，无断路故障；

类型[2]：编号组合——5649564539553494965493949，故障描述——L_i4断路；

类型[3]：编号组合——5955353956464944999953644，故障描述——L_i3断路；

类型[4]：编号组合——5959595959595999999995959，故障描述——L_i4、L_i3断路；

类型[5]：编号组合——6746363867676766666632433，故障描述——B_i2断路；

类型[6]：编号组合——6749674869686797978796949，故障描述——L_i4、B_i2断路；

类型[7]：编号组合——6766343637643663876662766，故障描述——B_i3断路；

类型[8]：编号组合——6768676637463676643362636，故障描述——B_i4断路；

类型[9]：编号组合——6769676639663696976693969，故障描述——L_i4、B_i4、B_i3至少两处断路；

类型[10]：编号组合——6966363967676966999963766，故障描述——L_i3、B_i3、B_i2至少两处断路；

类型[11]：编号组合——6968686967474977999986747，故障描述——L_i3、B_i4断路；

类型[12]：编号组合——6969696969696999666663636，故障描述——B_i4、B_i2断路；

类型[13]：编号组合——6969696969696999999996969，故障描述——L_i4、L_i3、B_i4、B_i3、B_i2至少三处断路；

类型[14]：编号组合——8776666667766443663332663，故障描述——B_i1断路；

类型[15]：编号组合——8779877669866494976496979，故障描述——L_i4、B_i1断路；

类型[16]：编号组合——8986666987777944999966774，故障描述——L_i3、B_i1断路；

类型[17]：编号组合——8989898989898999999998989，故障描述——L_i4、L_i3、B_i1断路；

类型[18]：编号组合——9665544999999654545433543，故障描述——L_i2断路；

类型[19]：编号组合——9669966999999696969699969，故障描述——L_i4、L_i2断路；

类型[20]：编号组合——9776644999999764878766876，故障描述——L_i2、B_i3断路；

类型[21]：编号组合——9776666999999766666633663，故障描述——L_i2、B_i2、B_i1至少两处断路；

类型[22]：编号组合——9778877999999787646466646，故障描述——L_i2、B_i4断路；

类型[23]：编号组合——9779977999999797979799979，故障描述——L_i4、L_i2至少一处断路，B_i4、B_i3、B_i2、B_i1有一处或两处断路；

类型[24]：编号组合——9995555999999955999955995，故障描述——L_i3、L_i2断路；

类型[25]：编号组合——9996666669966663996663996，故障描述——B_i3、B_i1断路；

类型[26]：编号组合——9996666999999966999966996，故障描述——L_i3、L_i2、B_i3、B_i2、B_i1至少三处断路；

类型[27]：编号组合——9998888999999988999988998，故障描述——L_i3、L_i2、B_i4断路；

类型[28]：编号组合——9999999556644564553353444，故障描述——L_i1断路；

类型[29]：编号组合——9999999559955595995595999，故障描述——L_i4、L_i1断路；

类型[30]：编号组合——9999999667744674886686777，故障描述——L_i1、B_i3断路；

类型[31]：编号组合——9999999667766676663363666，故障描述——L_i1、B_i4、B_i1至少两处断路；

类型[32]：编号组合——9999999669966696996696999，故障描述——L_i4、L_i1、B_i4、B_i3、B_i1至少三处断路；

类型[33]：编号组合——9999999887777877666666444，故障描述——L_i1、B_i2断路；

类型[34]：编号组合——9999999889988898998898999，故障描述——L_i4、L_i1、B_i2断路；

类型[35]：编号组合——9999999996666966999999666，故障描述——L_i3、L_i1断路；

类型[36]：编号组合——9999999997777977999999777，故障描述——L_i3、L_i1至少一处断路，B_i4、B_i3、B_i2、B_i1有一处或两处断路；

类型[37]：编号组合——9999999999999999555555555，故障描述——L_i2、L_i1断路；

类型[38]：编号组合——9999999999999999666666666，故障描述——L_i2、L_i1、B_i4、B_i2、B_i1至少三处断路；

类型[39]：编号组合——9999999999999999888888888，故障描述——L_i2、L_i1、B_i3断路；

类型[40]：编号组合——9999999999999999999999999，故障描述——严重断路故障(256种断路故障情况中除上述故障状态外的其它断路故障状态)；

据此，根据扫测得到的编号组合采用查表法与上述40类断路故障所对应的编号组合进行比较，来判定第i通道的断路故障类型，并记录到断路故障扫测结果表中；

③切换通道i，重复上述步骤②直至传感器的所有n个通道全部扫测完。

故障分析与显示：负责对前述短路故障扫测结果表和断路故障扫测结果表进行分析并判定短路、断路、虚短、虚断故障，并将分析结果送到人机接口模块7中的液晶屏8上显示，其过程为：

①统计短路故障扫测结果表中应变式多维力传感器输出引线L_ij与传感器基体(结构钢体)之间以及传感器的输出引线L_ij与L_kl(L_kl≠L_ij)之间的短路次数(i,k＝1,2,…,n；j,l＝1,2,3,4)：

若短路次数等于循环扫测次数M，则判定L_ij与传感器基体(结构钢体)或L_ij与L_kl之间存在短路故障；

若短路次数在1到M-1之间，则判定L_ij与传感器基体(结构钢体)或L_ij与L_kl之间存在虚短故障；

若短路次数为0，则判定L_ij与传感器基体(结构钢体)或L_ij与L_kl之间无短路或虚短故障；

②统计断路故障扫测结果表中传感器每个通道的断路故障类型[1]～[40]出现的次数：

若断路次数等于循环扫测次数M，则判定传感器相应通道该类断路故障为断路；

若断路次数在1到M-1之间，则判定传感器相应通道该类断路故障为虚断；

若断路次数为0，则判定传感器相应通道无该类断路故障；

③将上述①②步分析的故障结果送到人机接口模块7中的液晶屏8上显示。

所述LCD显示模块负责硬件系统中人机接口模块7中的液晶屏8的初始化及其显示控制，包括对数字显示和字符串显示请求的处理、进行正确的字符(包含转义字符)转换、自动换行、防止显示边界溢出等等。

所述按键处理模块负责硬件系统中人机接口模块7中的按键9所连接的MSP430单片机引脚的初始化和按键事件的中断处理。

所述主程序模块负责系统软件各程序模块的统一调度、协调控制。

Claims (3)

1.一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统，用于对应变式多维力传感器各通道测量电路故障进行在线自动检测，包括硬件系统和软件系统，其特征在于：

系统以MSP430单片机为核心，采用恒流激励与矩阵扫测的方法实现对最多8个通道的应变式多维力传感器测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障的自动检测，且采用电池供电，功耗低、便于携带；

硬件系统包括电源管理模块、恒流激励模块、矩阵开关扫描模块、信号调理模块、信号处理与控制模块、逻辑控制模块、人机接口模块；电源管理模块用于将电池的供电电压转换为系统其它各模块所需的电源电压；恒流激励模块产生恒定的激励电流I_e用于故障诊断；矩阵开关扫描模块用于故障诊断过程中切换应变式多维力传感器的通道，以为激励电流I_e提供不同的扫描回路，实现对传感器各通道进行故障扫描；信号调理模块用于对故障扫描过程中恒流激励模块的输出电压U_e进行信号滤波和跟随，以改善信噪比；信号处理与控制模块主要为MSP430单片机最小系统，用于采集信号调理模块输出的信号，进行处理来判定应变式多维力传感器的故障情况，并对系统各模块的工作进行协调控制；逻辑控制模块用于信号处理与控制模块和恒流激励模块、矩阵开关扫描模块之间的协调控制；人机接口模块包括液晶屏和按键，以进行人机交互；

软件系统采用模块化设计，包括初始化模块、AD采样模块、扫描控制模块、故障诊断模块、LCD显示模块、按键处理模块和主程序模块；初始化模块负责系统运行变量、常量以及系统时钟、看门狗的初始化；AD采样模块负责MSP430单片机片上模数转换器(ADC)工作方式的配置、ADC采样中断的处理；扫描控制模块负责硬件系统中恒流激励模块和矩阵开关扫描模块的通讯控制；故障诊断模块负责传感器各通道的故障诊断；LCD显示模块负责硬件系统中人机接口模块中的液晶屏的初始化及其显示控制；按键处理模块负责硬件系统中人机接口模块中的按键所连接的MSP430单片机引脚的初始化和按键事件的中断处理；主程序模块负责系统软件各程序模块的统一调度、协调控制。

2.如权利要求1所述的一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统，其特征在于：硬件系统包含的电源管理模块、恒流激励模块、矩阵开关扫描模块、信号调理模块、信号处理与控制模块、逻辑控制模块、人机接口模块的结构如下：

所述电源管理模块由DC/DC变换器U1、低压差线性稳压器(LDO)U2和低压差线性稳压器(LDO)U3组成；DC/DC变换器U1用于将9V电池提供的电源转换为5.5V电源，低压差线性稳压器(LDO)U2和低压差线性稳压器(LDO)U3再分别将5.5V电源转换为3.3V电源和5V电源给系统各模块供电；

所述恒流激励模块由数模转换器(DAC)U4和压流转换(V/I)电路10组成；压流转换(V/I)电路10由运算放大器A1和A2以及电阻R1、R2、R3、R4和R_J组成，其中R1＝R2，R3＝R4；信号处理与控制模块通过SPI通讯控制数模转换器(DAC)U4输出电压U_o，再经压流转换(V/I)电路10转换成激励电流I_e并输出，I_e＝U_o/R_J，恒流激励模块输出端的电压即为激励电压U_e；恒流激励模块采用5V电源供电以提供0～5V范围的激励电压U_e；

所述矩阵开关扫描模块由矩阵开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、开关S0和接线座P1组成；矩阵开关S1-S8均为模拟开关芯片，其a侧的1个通道可由芯片内部的数字开关控制与b侧8个通道中的任意一个或多个通道接通，由外部SPI通讯写入数据到其开关寄存器来实现开关控制；矩阵开关S1、S2、S3、S4的a侧通道0均接到恒流激励模块的激励电流I_e的输出端，矩阵开关S5、S6、S7、S8的a侧通道0均接到恒流激励模块的激励电流I_e的返回端，矩阵开关S1与S5的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的1-8引脚上，矩阵开关S2与S6的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的9-16引脚上，矩阵开关S3与S7的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的17-24引脚上，矩阵开关S4与S8的b侧通道1-8一一对应接在一起并连接到接线座P1的25-32引脚上；开关S0的a侧通道0接到恒流激励模块的激励电流I_e的返回端，开关S0的b侧通道1接到接线座P1的0脚；接线座P1的0脚在应用中接到应变式多维力传感器的基体(结构钢体)上，接线座P1的k(k＝1,2,3,…,32)脚在应用中与传感器的输出引线L_ij(i＝1,2,3,…,8；j＝1,2,3,4)相连，i为传感器的通道号，i＝int((k-1)/4)+1，int表示取整，j为第i通道的输出引线序号，j＝(k-1)％4+1，％表示取余数；系统工作时，由信号处理与控制模块通过SPI和I/O来控制开关S0和矩阵开关S1-S8内数字开关的通断，以为激励电流I_e提供不同的扫描回路；矩阵开关扫描模块采用5V电源供电以降低S0、S1-S8的开关导通电阻；

所述信号调理模块包含滤波电路、电压跟随电路和限幅保护电路，以降低激励电压U_e的噪声并避免电压超过信号处理与控制模块的采样量程，提高采样精度；信号调理模块由5V电源供电；

所述信号处理与控制模块由MSP430单片机的最小系统组成，包括MSP430单片机、时钟电路、JTAG仿真接口和复位电路；信号处理与控制模块采用3.3V供电；

所述逻辑控制模块由电平转换电路和地址译码电路组成；电平转换电路由电平转换芯片组成，用于将信号处理与控制模块输出的3.3V逻辑电平的SPI通讯信号、地址选通信号和I/O控制信号转换为相应的5V逻辑电平的控制信号；地址译码电路由4-10译码器组成，用于将信号处理与控制模块输出的地址选通信号译码成9个片选信号，分别用于恒流激励模块中的数模转换器(DAC)U4和矩阵开关扫描模块中的8个矩阵开关S1-S8的选通控制，以通过一路SPI通讯总线对其进行分时控制；逻辑控制模块采用3.3V电源和5V电源供电；

所述人机接口模块包括液晶屏和按键；液晶屏选用160×160点阵的COG液晶屏，由信号处理与控制模块中的MSP430单片机通过SPI通讯总线控制；按键采用4按键方案，接至信号处理与控制模块中的MSP430单片机上带中断功能的I/O口，用于设置系统参数和向系统发出控制指令；人机接口模块采用3.3V电源供电。

3.如权利要求1所述的一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统，其特征在于：系统软件中的故障诊断模块的诊断流程为故障诊断准备→短路故障诊断→断路故障诊断→故障分析与显示；

所述故障诊断准备的过程为：初始化短路故障扫测结果表与断路故障扫测结果表→初始化矩阵开关S1-S8内部的数字开关全部断开、开关S0断开→提示用户设定应变式多维力传感器的通道数目n、传感器所采用的应变片阻值R、循环扫测次数M→计算激励电流I_e以及恒流激励模块中的数模转换器(DAC)U4应输出的电压U_o→通过SPI通讯将U_o值对应的数字量输出到数模转换器(DAC)U4中；设MSP430单片机片上ADC的采样范围为0～U_f，则I_e和U_o的计算式为：

$I_e=\frac{0.85U_f}{3R}$

U_o＝I_eR_J

所述短路故障诊断过程为：先扫测传感器各输出引线与传感器基体(结构钢体)之间的短路故障情况，再扫测传感器两两输出引线之间的短路故障情况，如此循环重复M次；

a.传感器输出引线与传感器基体之间的短路故障扫测步骤为：

①控制开关S0闭合将传感器的基体(结构钢体)与恒流激励模块的激励电流I_e的返回端接通；

②控制矩阵开关S1-S4内部的数字开关以将传感器输出引线L_ij(i＝1,2,3,…,n；j＝1,2,3,4)与恒流激励模块的激励电流I_e的输出端接通；

③采样激励电压U_e；

④对U_e采用阈值比较法来判定短路故障，即若U_e<0.1I_eR，则判定该次扫测的传感器输出引线L_ij与传感器基体(结构钢体)短路，将判定结果记录到短路故障扫测结果表中；

⑤改变i或j并重复前述步骤②③④直至传感器所有的输出引线全部扫测完；

b.传感器两两引线之间短路故障的扫测步骤为：

①控制开关S0断开；

②控制矩阵开关S1-S4中的数字开关使传感器的输出引线L_ij(i＝1,2,3,…,n；j＝1,2,3,4)与恒流激励模块的激励电流I_e的输出端接通；

③控制矩阵开关S5-S8中的数字开关使传感器的输出引线L_kl(k＝i,i+1,…,n；l＝1,2,3,4；L_kl≠L_ij)与恒流激励模块的激励电流I_e的返回端接通；

④采样激励电压U_e；

⑤对U_e采用阈值比较法来判定短路故障，即若U_e<0.1I_eR，则判定该次扫测的传感器输出引线L_ij与L_kl短路，并将判定结果记录到短路故障扫测结果表中；

⑥改变k或l(L_kl≠L_ij)并重复前述步骤③④⑤直至k＝n且l＝4；

⑦改变i或j并重复前述步骤②③④⑤⑥直至i＝n且j＝4；

所述断路故障诊断过程为：传感器通道1断路故障扫测→传感器通道2断路故障扫测→……→传感器通道n断路故障扫测，如此循环重复M次；

应变式多维力传感器第i(i＝1,2,…,n)通道的断路故障扫测过程为：

①控制开关S0断开；

②控制矩阵开关S1-S4和S5-S8内的数字开关状态使得应变式多维力传感器第i(i＝1,2,…,n)通道的4根输出引线L_i4L_i3L_i2L_i1与恒流激励模块的激励电流I_e的输出端和返回端的连接状态依次为0001/0010、0001/0100、0001/0110、0001/1000、0001/1010、0001/1100、0001/1110、0010/0100、0010/0101、0010/1000、0010/1001、0010/1100、0010/1101、0011/0100、0011/1000、0011/1100、0100/1000、0100/1001、0100/1010、0100/1011、0101/1000、0101/1010、0110/1000、0110/1001、0111/1000，共25种连接状态，“/”前为L_i4L_i3L_i2L_i1与激励电流I_e的输出端之间的连接状态编码，“/”后为L_i4L_i3L_i2L_i1与激励电流I_e的返回端之间的连接状态编码，4位连接状态编码与4根输出引线L_i4L_i3L_i2L_i1一一对应，“0”表示不接，“1”表示接通；

在L_i4L_i3L_i2L_i1与激励电流I_e的输出端和返回端之间的每个连接状态下采样激励电压U_e，计算归一化负载阻值

采用阈值比较法对归一化负载阻值进行编号：

当时，编号为1；

当时，编号为2；

当时，编号为3；

当时，编号为4；

当时，编号为5；

当时，编号为6；

当时，编号为7；

当时，编号为8；

当时，为无穷大，编号为9；

当为其它值时，编号为0；

据此得到L_i4L_i3L_i2L_i1与激励电流I_e的输出端和返回端之间在前述25种连接状态下按顺序扫测得到的的编号组合；

应变式多维力传感器第i通道的4根输出引线L_i4、L_i3、L_i2、L_i1与4个桥臂B_i4、B_i3、B_i2、B_i1的断路故障情况总共有256种，根据256种断路故障情况计算得到的的编号组合可将断路故障类型归纳为40类；断路故障类型[1]～[40]所对应的编号组合及其断路故障状态描述如下：

类型[1]：编号组合——5645343536443443543331433，故障描述——正常，无断路故障；

类型[2]：编号组合——5649564539553494965493949，故障描述——L_i4断路；

类型[3]：编号组合——5955353956464944999953644，故障描述——L_i3断路；

类型[4]：编号组合——5959595959595999999995959，故障描述——L_i4、L_i3断路；

类型[5]：编号组合——6746363867676766666632433，故障描述——B_i2断路；

类型[6]：编号组合——6749674869686797978796949，故障描述——L_i4、B_i2断路；

类型[7]：编号组合——6766343637643663876662766，故障描述——B_i3断路；

类型[8]：编号组合——6768676637463676643362636，故障描述——B_i4断路；

类型[9]：编号组合——6769676639663696976693969，故障描述——L_i4、B_i4、B_i3至少两处断路；

类型[10]：编号组合——6966363967676966999963766，故障描述——L_i3、B_i3、B_i2至少两处断路；

类型[11]：编号组合——6968686967474977999986747，故障描述——L_i3、B_i4断路；

类型[12]：编号组合——6969696969696999666663636，故障描述——B_i4、B_i2断路；

类型[13]：编号组合——6969696969696999999996969，故障描述——L_i4、L_i3、B_i4、B_i3、B_i2至少三处断路；

类型[14]：编号组合——8776666667766443663332663，故障描述——B_i1断路；

类型[15]：编号组合——8779877669866494976496979，故障描述——L_i4、B_i1断路；

类型[16]：编号组合——8986666987777944999966774，故障描述——L_i3、B_i1断路；

类型[17]：编号组合——8989898989898999999998989，故障描述——L_i4、L_i3、B_i1断路；

类型[18]：编号组合——9665544999999654545433543，故障描述——L_i2断路；

类型[19]：编号组合——9669966999999696969699969，故障描述——L_i4、L_i2断路；

类型[20]：编号组合——9776644999999764878766876，故障描述——L_i2、B_i3断路；

类型[21]：编号组合——9776666999999766666633663，故障描述——L_i2、B_i2、B_i1至少两处断路；

类型[22]：编号组合——9778877999999787646466646，故障描述——L_i2、B_i4断路；

类型[23]：编号组合——9779977999999797979799979，故障描述——L_i4、L_i2至少一处断路，B_i4、B_i3、B_i2、B_i1有一处或两处断路；

类型[24]：编号组合——9995555999999955999955995，故障描述——L_i3、L_i2断路；

类型[25]：编号组合——9996666669966663996663996，故障描述——B_i3、B_i1断路；

类型[26]：编号组合——9996666999999966999966996，故障描述——L_i3、L_i2、B_i3、B_i2、B_i1至少三处断路；

类型[27]：编号组合——9998888999999988999988998，故障描述——L_i3、L_i2、B_i4断路；

类型[28]：编号组合——9999999556644564553353444，故障描述——L_i1断路；

类型[29]：编号组合——9999999559955595995595999，故障描述——L_i4、L_i1断路；

类型[30]：编号组合——9999999667744674886686777，故障描述——L_i1、B_i3断路；

类型[31]：编号组合——9999999667766676663363666，故障描述——L_i1、B_i4、B_i1至少两处断路；

类型[32]：编号组合——9999999669966696996696999，故障描述——L_i4、L_i1、B_i4、B_i3、B_i1至少三处断路；

类型[33]：编号组合——9999999887777877666666444，故障描述——L_i1、B_i2断路；

类型[34]：编号组合——9999999889988898998898999，故障描述——L_i4、L_i1、B_i2断路；

类型[35]：编号组合——9999999996666966999999666，故障描述——L_i3、L_i1断路；

类型[36]：编号组合——9999999997777977999999777，故障描述——L_i3、L_i1至少一处断路，B_i4、B_i3、B_i2、B_i1有一处或两处断路；

类型[37]：编号组合——9999999999999999555555555，故障描述——L_i2、L_i1断路；

类型[38]：编号组合——9999999999999999666666666，故障描述——L_i2、L_i1、B_i4、B_i2、B_i1至少三处断路；

类型[39]：编号组合——9999999999999999888888888，故障描述——L_i2、L_i1、B_i3断路；

类型[40]：编号组合——9999999999999999999999999，故障描述——严重断路故障(256种断路故障情况中除上述故障状态外的其它断路故障状态)；

据此，根据扫测得到的编号组合采用查表法与上述40类断路故障所对应的编号组合进行比较，来判定第i通道的断路故障类型，并记录到断路故障扫测结果表中；

③切换通道i，重复上述步骤②直至传感器的所有n个通道全部扫测完；

所述故障分析与显示的过程为：

①统计短路故障扫测结果表中应变式多维力传感器输出引线L_ij与传感器基体(结构钢体)之间以及传感器的输出引线L_ij与L_kl(L_kl≠L_ij)之间的短路次数(i,k＝1,2,…,n；j,l＝1,2,3,4)：

若短路次数等于循环扫测次数M，则判定L_ij与传感器基体(结构钢体)或L_ij与L_kl之间存在短路故障；

若短路次数在1到M-1之间，则判定L_ij与传感器基体(结构钢体)或L_ij与L_kl之间存在虚短故障；

若短路次数为0，则判定L_ij与传感器基体(结构钢体)或L_ij与L_kl之间无短路或虚短故障；

②统计断路故障扫测结果表中传感器每个通道的断路故障类型[1]～[40]出现的次数：

若断路次数等于循环扫测次数M，则判定传感器相应通道该类断路故障为断路；

若断路次数在1到M-1之间，则判定传感器相应通道该类断路故障为虚断；

若断路次数为0，则判定传感器相应通道无该类断路故障；

③将上述①②步分析的故障结果送到人机接口模块中的液晶屏上显示。