CN112630682A - 传感器的故障检测方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本申请属于检测领域，提供了一种传感器的故障检测方法、装置及设备，该方法包括：获取待测传感器的输出信号；当所述待测传感器的输出信号为预设的第一数值时，在待测传感器的输出端叠加预设的基准信号，根据叠加后的信号得到第一检测信号；若所述第一检测信号与第二检测信号的差值小于预设的第一阈值，确定所述待测传感器为开路故障，所述第二检测信号为基准信号所对应的检测信号；和/或，若所述第一检测信号与所述第一数值的输出信号的差值小于预设的第二阈值，确定所述待测传感器为短路障碍。由于不需要不同的信号源，有利于降低测试成本，并且判断的参考值属于离散的空间，有利于适应不同类型的传感器的检测，提高抗干扰度，减少误判断率。

Description

传感器的故障检测方法、装置及设备

技术领域

本申请属于检测领域，尤其涉及传感器的故障检测方法、装置及设备。

背景技术

随着AI技术和物联网技术的发展和普及，处于感知层、用于数据采集的传感器呈指数增长。在传感器的运行过程中，需要对传感器的运行状态进行检测，以保证所采集的数据的准确性，提高系统的可靠度。比如，对于自动辅助驾驶的汽车的传感器进行检测，可以有效的提高辅助驾驶的安全性和可靠性。

目前对于传感器的检测方法中，包括对传感器施加不同的电源信号，并检测不同的电源信号所对应的测量值。根据不同电源与对应的测量值的比值的相似度来判断传感器是否存在故障。然而这种测试方法对于线性度好和温度漂移不大的传感器类型的效果较好，对于线性度不好或温度漂移较大的传感器，则容易产生检测误差，而且需要提供不同的电源信号，增加了传感器的测试成本。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种传感器的故障检测方法、装置及设备，以解决现有技术中的传感器检测方式的检测范围受到限制，需要提供不同的电源信号，增加了传感器的测试成本的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种传感器的故障检测方法，所述方法包括：

获取待测传感器的输出信号；

当所述待测传感器的输出信号为预设的第一数值时，在待测传感器的输出端叠加预设的基准信号，根据叠加后的信号得到第一检测信号；

若所述第一检测信号与第二检测信号的差值小于预设的第一阈值，确定所述待测传感器为开路故障，所述第二检测信号为基准信号所对应的检测信号；

和/或，若所述第一检测信号与所述第一数值的输出信号的差值小于预设的第二阈值，确定所述待测传感器为短路障碍。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，获取待测传感器的输出信号，包括：

通过运动放大器放大所述待测传感器的输出电流或输出电压；

通过模转换器将放大后的信号转换为数字信号；

通过处理器计算得到所述数字信号对应的输出信号。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能实现方式中，所述基准信号属于模数转换器的线性度大于预设的线性度阈值所对应的区域，且属于所述待测传感器的量程。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能实现方式中，所述第一数值为所述待测传感器的量程的下限值。

结合第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，在获取待测传感器的输出信号之后，所述方法还包括：

将所述待测传感器的输出信号与所述待测传感器的量程的上限进行比较；

如果所述待测传感器的输出信号大于所述待测传感器的量程的上限，则记录传感器出现故障。

结合第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第五种可能实现方式中，在获取待测传感器的输出信号之后，所述方法还包括：

将所述待测传感器的输出信号与所述待测传感器的量程的上限和下限进行比较；

如果所述待测传感器的输出信号大于所述待测传感器的量程的下限且小于所述待测传感器的量程的上限，则对所述待测传感器的输出信号进行滤波处理；

将滤波处理后的信号与历史数据进行对比，判断所述待测传感器是否出现故障。

结合第一方面、第一方面的第一种可能实现方式、第一方面的第二种可能实现方式、第一方面的第三种可能实现方式、第一方面的第四种可能实现方式或第一方面的第五种可能实现方式，在第一方面的第六种可能实现方式中，在确定所述待测传感器出现故障后，所述方法还包括：

断开所述待测传感器的数据采集通道，并弃用所述待测传感器所采集的数据。

本申请实施例的第二方面提供了一种传感器的故障检测装置，所述装置包括：

输出信号获取单元，用于获取待测传感器的输出信号；

信号叠加单元，用于当所述待测传感器的输出信号为预设的第一数值时，在待测传感器的输出端叠加预设的基准信号，根据叠加后的信号得到第一检测信号；

开路故障确定单元，用于若所述第一检测信号与第二检测信号的差值小于预设的第一阈值，确定所述待测传感器为开路故障，所述第二检测信号为基准信号所对应的检测信号；

和/或，短路故障确定单元，用于若所述第一检测信号与所述第一数值的输出信号的差值小于预设的第二阈值，确定所述待测传感器为短路障碍。

本申请实施例的第三方面提供了一种传感器的故障检测设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述方法的步骤。

本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述方法的步骤。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：在待测传感器的输出信号为第一数值时，在待测传感器的输出端叠加基准信号，得到叠加后的信号对应的第一检测信号。如果第一检测信号与基准信号对应的第二检测信号的差值小于预设的第一阈值，则说明未能检测到所述待测传感器的真实输出信号，待测传感器存在开路故障。或者，当第一检测信号与叠加前的输出信号的差值小于第二阈值，则说明未能检测到叠加的基准信号，待测传感器存在短路故障。由于本申请不需要切换不同大小的信号源，有利于降低测试成本，并且基准信号与预设的第一数值可以设定较大的数值区别，判断依据的参考值处于离散空间，有利于适应不同类型的传感器，提高抗干扰度，减少误判断率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的传感器的故障检测方法的实施场景示意图；

图2是本申请实施例提供的一种传感器的故障检测方法的实现流程示意图；

图3是本申请实施例提供的一种传感器的故障检测装置的示意图；

图4是本申请实施例提供的传感器的故障检测设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

在目前的传感器检测方式中，包括对传感器属性进行建模，然后周期性检测实际测量值，通过对比数值图像的相似度来判断传感器是否存在故障，以及通过对传感器施加多种额外的电源信号，以不同电源信号对应的测量值的比值的相似度，来判断传感器是否存在故障。

采用属性建模的方式时，由于实际应用场景中，无法获得较宽量程范围内的实测数据，比如在对温度传感器的检测时，温度变化较为缓慢，不利于得到较大范围的温度测量数据。并且针对不同种类的传感器需要单独建模，开发和实现成本较高。

采用外加电源信号与测量值之间的比值的方式进行测量时，通常仅适用于温敏电阻等具有电压电流线性关系类型的传感器，而且需要生成不同的电源信号，增加了实施成本。

针对上述缺陷，本申请提出了一种传感器的故障检测方法，在传感器的信号处于预设的第一数值时，在传感器的输出端叠加一预设的基准信号，通过叠加得到的第一检测信号与所述输出信号，或者第一检测信号与基准信号对应的第二检测信号进行比较，确定传感器是否为开路故障或短路故障。

如图1所示为本申请实施例提供的一种传感器的故障检测方法的实现场景示意图。如图1所示，在待测传感器的输出端，依次通过运算放大器，模数转换器连接至处理器，所述处理器与存储有传感器的故障检测方法对应的程序的存储器相连，通过执行所述存储器的程序，以实现本申请所述的传感器的故障检测方法。所述处理器还与切换开关K1相连，所述切换开关与所述待测传感器的输出端之间设置有限流电阻，所述待测传感器的输出端与地之间设置有下拉电阻。当处理器检测到待测传感器的输出信号为第一数值时，则控制基准信号叠加至所述待测传感器的输出端，根据叠加后的第一检测信号与所述第一数值的输出信号，以及基准信号对应的第二检测信号进行比较，确定待测传感器是否出现故障。

图2为本申请实施例提供的一种传感器的故障检测方法的实现流程示意图，详述如下：

S101，获取待测传感器的输出信号。

所述传感器的输出信号，可以根据图1所示的电路结构，由运算放大器对待测传感器输出的模拟信号(模拟电流信号或模拟电压信号)进行放大，再通过模数转换器将放大后的模拟信号转换为数字信号，由处理器确定该数字信号所对应的数值，也即待测传感器的输出信号。

在待测传感器处于正常工作状态时，该输出信号的取值，通常与被测的环境参数匹配。比如，待测传感器为温度传感器时，温度传感器的值会随着环境的温度而发生变化，且变化范围会受到待测传感器的量程范围的影响。比如，当环境参数超出待测传感器的量程时，待测传感器则检测环境参数所对应的量程下限或上限的数值，或者生成报警信息。

S102，当所述待测传感器的输出信号为预设的第一数值时，在待测传感器的输出端叠加预设的基准信号，根据叠加后的信号得到第一检测信号。

其中，第一数值可以为待测传感器的量程的下限，或者为以所述待测传感器的量程的下限为最小值的预定范围中的任意值。当处理器检测到待测传感器的输出信号为预设的第一数值时，则触发基准信号的叠加操作，将基准信号叠加至该待测传感器的输出端。基准信号与待测传感器的输出信号叠加后，可以得到第一检测信号。

为了提升本申请所述传感器的故障检测的准确度，由基准信号源所产生的基准信号的大小，可以为模数转换器的线性度大于预设的线性度阈值所对应的区域中的数值，且属于待测传感器的量程的范围。选择模数转换器的线性度较好的区域，可以得到更为可靠的第二检测信号。该基准信号属于待测传感器的量程的范围，可以使得传感器能够有效的得到该基准信号所对应的第二检测信号。在可能的实现方式中，该基准信号与量程下限的叠加产生的信号属于该待测传感器的量程的范围，从而得到可靠的第一检测信号。

S103，若所述第一检测信号与第二检测信号的差值小于预设的第一阈值，确定所述待测传感器为开路故障，所述第二检测信号为基准信号所对应的检测信号。

如果该待测传感器为正常工作，那么叠加后的信号得到的第一检测信号，应当会大于基准信号对应的第二检测信号，且大于的数值应当为未叠加基准信号时的输出信号所对应的检测信号。

如果该待测传感器出现开路，包括如待测传感器所采集的模拟信号未能达到待测传感器的输出端，或者待测传感器未能采集到模拟信号时，此时待测传感器的输出信号对应量程下限。系统所得到的叠加的信号所对应的第一检测信号，实质上仍然是由基准信号所产生的对应的检测信号。因此，将第一检测信号与基准信号对应的第二检测信号进行比较，如果两者的差值小于预设的第一阈值，则表明第一检测信号与第二检测信号的相似度较高，系统未能检测到由待测传感器所输出的信号，因而可以确定待测传感器处于开路故障。在确定为故障传感器后，可以断开该待测传感器的采集通道，或者弃用该待测传感器所采集的数据，或者还可以发送告警信号，提醒工作人员更换该待测传感器。

比如，待测传感器的输出信号，即量程下限为x1，基准信号对应的第二检测信号为x2，待测传感器的量程下限的输出信号与基准信号叠加后所对应的第一检测信号为x3，预设的第一阈值为x4，如果第一检测信号x3与第二检测信号x2之间的差值小于第一阈值x4，则确定该待测传感器为开路故障。

S104，和/或，若所述第一检测信号与所述第一数值的输出信号的差值小于预设的第二阈值，确定所述待测传感器为短路障碍。

如果第一检测信号和待测传感器的输出信号(第一数值或量程下限)之间的差异较小，比如小于第二阈值，则表明系统未能有效的检测到所叠加的基准信号。由基准信号源所产生的基准信号，可能由于待测传感器的短路故障而未能有效的被检测到。因此，可以确定待测传感器为短路故障。在确定为故障传感器后，可以断开该待测传感器的采集通道，或者弃用该待测传感器所采集的数据，或者还可以发送告警信号，提醒工作人员更换该待测传感器。

比如，待测传感器的输出信号，即量程下限为x1，基准信号对应的第二检测信号为x2，待测传感器的量程下限的输出信号与基准信号叠加后所对应的第一检测信号为x3，预设的第二阈值为x5，如果第一检测信号x3与量程下限x1 之间的差值，小于第二阈值x5，则确定待检测传感器为短路故障。其中，第一阈值和第二阈值可以取相同数值，也可以取不同数值。

在本申请实施例中，如果待检测传感器的输出信号大于第一数值，比如大于量程下限，可以进一步判断是否量程上限。如果待检测传感器的输出信号大于待检测传感器的量程的上限，则可以确定该待测传感器出现故障，可以断开该待测传感器的采集通道，或者弃用该待测传感器所采集的数据，或者还可以发送告警信号，提醒工作人员更换该待测传感器。

在本申请可能的实现方式中，S203和S204可以通过多次计算取平均值的方式，来提高待测传感器的检测精度，减少误差的可能性。

如果待检测传感器的输出信号小于待检测传感器的量程的上限，则可以对该待测传感器的输出信号进行滤波处理，对得到的滤波信号与历史数据进行对比。包括将所得到的滤波信号与历史数据在周期中的相同时间点的数值进行比较，或者将得到的滤波信号与包括当前时刻的预定时长内的检测信号进行比较，确定该滤波信号是否出现异常等。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

图3为本申请实施例提供的一种传感器的故障检测装置的示意图，该装置包括：

输出信号获取单元301，用于获取待测传感器的输出信号；

信号叠加单元302，用于当所述待测传感器的输出信号为预设的第一数值时，在待测传感器的输出端叠加预设的基准信号，根据叠加后的信号得到第一检测信号；

开路故障确定单元303，用于若所述第一检测信号与第二检测信号的差值小于预设的第一阈值，确定所述待测传感器为开路故障，所述第二检测信号为基准信号所对应的检测信号；

和/或，短路故障确定单元304，用于若所述第一检测信号与所述第一数值的输出信号的差值小于预设的第二阈值，确定所述待测传感器为短路障碍。

图3所示的传感器的故障检测装置，与图2所示的传感器的故障检测方法对应。

图4是本申请一实施例提供的传感器的故障检测设备的示意图。如图4所示，该实施例的传感器的故障检测设备4包括：处理器40、存储器41以及存储在所述存储器41中并可在所述处理器40上运行的计算机程序42，例如传感器的故障检测程序。所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各个传感器的故障检测方法实施例中的步骤。或者，所述处理器40执行所述计算机程序42时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。

示例性的，所述计算机程序42可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器41中，并由所述处理器40执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序42在所述传感器的故障检测设备4中的执行过程。

所述传感器的故障检测设备可包括，但不仅限于，处理器40、存储器41。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是传感器的故障检测设备4的示例，并不构成对传感器的故障检测设备4的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述传感器的故障检测设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器40可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器41可以是所述传感器的故障检测设备4的内部存储单元，例如传感器的故障检测设备4的硬盘或内存。所述存储器41也可以是所述传感器的故障检测设备4的外部存储设备，例如所述传感器的故障检测设备4上配备的插接式硬盘，智能存储卡(SmartMedia Card,SMC)，安全数字(Secure Digital, SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器41还可以既包括所述传感器的故障检测设备4的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器 41用于存储所述计算机程序以及所述传感器的故障检测设备所需的其他程序和数据。所述存储器41还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传感器的故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待测传感器的输出信号；

当所述待测传感器的输出信号为预设的第一数值时，在待测传感器的输出端叠加预设的基准信号，根据叠加后的信号得到第一检测信号；

若所述第一检测信号与第二检测信号的差值小于预设的第一阈值，确定所述待测传感器为开路故障，所述第二检测信号为基准信号所对应的检测信号；

和/或，若所述第一检测信号与所述第一数值的输出信号的差值小于预设的第二阈值，确定所述待测传感器为短路障碍。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取待测传感器的输出信号，包括：

通过运动放大器放大所述待测传感器的输出电流或输出电压；

通过模转换器将放大后的信号转换为数字信号；

通过处理器计算得到所述数字信号对应的输出信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基准信号属于模数转换器的线性度大于预设的线性度阈值所对应的区域，且属于所述待测传感器的量程。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一数值为所述待测传感器的量程的下限值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在获取待测传感器的输出信号之后，所述方法还包括：

将所述待测传感器的输出信号与所述待测传感器的量程的上限进行比较；

如果所述待测传感器的输出信号大于所述待测传感器的量程的上限，则记录传感器出现故障。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在获取待测传感器的输出信号之后，所述方法还包括：

将所述待测传感器的输出信号与所述待测传感器的量程的上限和下限进行比较；

如果所述待测传感器的输出信号大于所述待测传感器的量程的下限且小于所述待测传感器的量程的上限，则对所述待测传感器的输出信号进行滤波处理；

将滤波处理后的信号与历史数据进行对比，判断所述待测传感器是否出现故障。

7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在确定所述待测传感器出现故障后，所述方法还包括：

断开所述待测传感器的数据采集通道，并弃用所述待测传感器所采集的数据。

8.一种传感器的故障检测装置，其特征在于，所述装置包括：

输出信号获取单元，用于获取待测传感器的输出信号；

信号叠加单元，用于当所述待测传感器的输出信号为预设的第一数值时，在待测传感器的输出端叠加预设的基准信号，根据叠加后的信号得到第一检测信号；

开路故障确定单元，用于若所述第一检测信号与第二检测信号的差值小于预设的第一阈值，确定所述待测传感器为开路故障，所述第二检测信号为基准信号所对应的检测信号；

和/或，短路故障确定单元，用于若所述第一检测信号与所述第一数值的输出信号的差值小于预设的第二阈值，确定所述待测传感器为短路障碍。

9.一种传感器的故障检测设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述方法的步骤。

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