常用傳感器故障分析

黑向毅

【摘 要】信息化時代背景下，隨著監控系統的發展，傳感器的應用精準性、可靠性越來越高。在企業日常生產實踐過程中，常用傳感器難免受外部環境或自身因素的影響而發生故障，給這個生產過程造成了不便。本文在對傳統傳感器故障診斷方法作出簡要分析和論述的基礎上，就常用傳感器故障的表現及處理進行了研究。

【關鍵詞】傳感器故障；分類；診斷；有效控制

傳感器作為企業整個監控系統的底層部件，其性能表現在很大程度上影響了該系統的運行。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，其應用實現了自動化監測和控制，有效保證了企業生產系統的正常運轉。傳感器故障輕則導致控制系統性能下降，嚴重時可能會造成重大事故，一旦解決不力則給企業帶來嚴重經濟損失。

1.常用傳感器故障的診斷方法

隨著科學技術的發展，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

最早發展起來的基于模型的傳感器故障診斷技術以解析冗余替代物理冗余為核心思想，主要通過與估計系統輸出測量值進行比對獲得故障信息?，F階段，這種診斷技術又可分為基于參數估計的故障診斷方法、基于狀態的故障診斷方法以及等價空間診斷方法三類。一般情況下，我們將構成物理系統的元部件特性參數定義為物參，將描述控制系統的微分或差分方程定義為模參。當系統中某個傳感器因損壞、失效或性能降低引發故障時，可直接顯示為物參變化，進而引起模參的變化，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已得到廣泛應用，其研究成果集中于線性系統，而在非線性系統的研究有待加強。

1.2基于知識的故障診斷

與上述故障診斷方法不同，基于知識的故障診斷無需建立數學模型，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，人工神經網絡法是基于知識故障診斷的代表。所謂的人工神經網絡英文簡寫為ANN，它是建立在人類對大腦神經網絡認識理解的基礎上，通過人工構造實現某種功能的神經網絡。人工神經網絡法可分布存儲信息，借助網絡拓撲結構與權值分布實現非線性變換及映射。相比之下，人工神經網絡法彌補了基于模型故障診斷在非線性系統上的不足。然而，人工神經網絡法也并非完善，它只是單純地依靠部分實踐案例，既沒有有效利用特殊領域的積累經驗，又容易受樣本選擇的影響，由此得出的診斷結論不具備解釋性。

1.3基于信號的故障診斷

基于信號的故障診斷從不同角度規避了抽取對象數學模型的困難，它的優勢表現為可以直接利用相關函數、頻譜等信號模型，分析檢測信號，從而確定傳感器故障的發生。其中，以小波分析法進行的傳感器故障診斷，分析和預測了非平穩時間的序列變化，可觀測到信號在任意位置的局部特性，能夠準確定位故障發生時刻。這種故障診斷方法尤其適合緩變信號中的突變成分提取。此外，偏最小二乘法也常見于傳感器故障診斷領域，它在處理多輸入輸出系統及數據相關嚴重的建模問題上表現了較大的優勢。這種故障診斷方法遵循一種思想指導，即同時求取模型自變量與應變量的主元，并充分利用自變量相關數據信息解釋應變量。

2.常用傳感器故障表現及處理

傳感器可謂控制系統的“神經網絡”，一旦發生故障可能會導致整個系統工作異?；虬c瘓。作者主要就幾種常見的傳感器故障表現進行了描述，并提出了一些處理建議，以供參考和借鑒。

2.1顯示異常

在日常使用過程中，傳感器可能會顯示L.LL或H.HH及其他亂碼信息，影響了整個控制系統的正常工作。當傳感器顯示L.LL時，可能是因為其內部催化元件或熱導元件發生斷絲，亦或它的元件與電路板之間出現短線導致故障。針對此類情況，維修技術人員可打開傳感器后蓋進行檢測，確定元件與電路板之間連線正常與否。如確定不存在該問題，則需要借助萬用表電阻檔檢查元件內部情況，一旦電阻顯示無窮大，則可斷定元件斷絲，進而予以更換即可。而造成傳感器顯示亂碼的原因有很多，包括單片機工作異常、復位電路損壞等。當傳感器出現“888”的情況時，需要優先考慮傳感器與分站的距離太遠，應適當做出縮短處理。傳感器顯示異常代表著某一部位出現故障，應該在工作實踐中不斷積累經驗，總結其誘因，以求快速解決。

2.2控制實效

傳感器控制失靈是指利用遙控器進行設置時，沒有任何信息反饋的情況。導致此類現象發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程中，要堅持循序漸進的原則，首先檢查紅外接收頭是否異常，即利用遙控板操控傳感器，通過示波器確定紅外接收頭終端能否進行方波輸出，如若不然則需更換此器件。其次，檢測三極管集電極是否有方波輸出，如若沒有則需要進行更換。最后，操作遙控板觀察接收解碼器的工作狀態，一經確定沒有方波輸出，則予以維修或更換。傳感器是整個控制系統的核心部件，一旦出現故障勢必會有所表象，需要工作人員細致觀察、注意判斷，進而予以解決。

2.3報警錯誤

目前，常用的傳感器都具備報警功能，以為提示操作人員工作異常，保護生產持續運行。但是傳感器報警錯誤現象也時有發生，如有光無聲、無光無聲等，給相關工作人員造成了極大的困擾，解決此類問題十分重要。當遇到傳感器有光無聲或聲音異常的現象時，可以先檢測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。而當傳感器報警無聲無光的現象發生時，則可能是由于二極管或電路板芯片損壞導致。處理此類問題，可以先用萬用表的導通檔位確定報警燈正常與否，確定正常之后選擇更換二極管或電路板芯片。傳感器報警故障隱含著嚴重的安全隱患，需要得到高度重視。

3 .結語

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

參考文獻：

[1]趙永濤. 淺談電力設備的故障類型及監測技術[J]. 中國新技術新產品，2015，19：69.

[2]何富君，劉小磊，盧曉昭，塔月月. 傳感器的故障診斷技術研究[J]. 科學技術與工程，2010，26：6481-6487.

[3]于泳，蔣生成，王高林，趙文龍，徐殿國. 基于狀態觀測器的感應電機速度傳感器故障診斷及容錯控制[J]. 中國電機工程學報，2012，18：123-130+186.

[4]王通，高憲文，藺雪，劉春芳. SWE-IPCA方法在傳感器故障診斷中的應用[J]. 儀器儀表學報，2013，08：1841-1846.

[5]馬天兵，杜菲，熊能，錢星光. 柔性機械臂振動控制中的壓電傳感器故障診斷[J]. 電子測量與儀器學報，2014，12：1408-1413.