常用传感器故障分析

时间：2024-05-04

黑向毅 / 国网河南栾川县供电公司

常用传感器故障分析

黑向毅 / 国网河南栾川县供电公司

信息化时代背景下，随着监控系统的发展，传感器的应用精准性、可靠性越来越高。在企业日常生产实践过程中，常用传感器难免受外部环境或自身因素的影响而发生故障，给这个生产过程造成了不便。本文在对传统传感器故障诊断方法作出简要分析和论述的基础上，就常用传感器故障的表现及处理进行了研究。

传感器故障；分类；诊断；有效控制

传感器作为企业整个监控系统的底层部件，其性能表现在很大程度上影响了该系统的运行。目前，常用的传感器有静电传感器、光线传感器以及料位传感器等，其应用实现了自动化监测和控制，有效保证了企业生产系统的正常运转。传感器故障轻则导致控制系统性能下降，严重时可能会造成重大事故，一旦解决不力则给企业带来严重经济损失。

1.常用传感器故障的诊断方法

随着科学技术的发展，传感器故障诊断的方法愈加丰富，基本能够满足日常使用需求。具体而言，较为常见的传感器故障诊断方法主要包含以下几种：

1.1基于模型的故障诊断

最早发展起来的基于模型的传感器故障诊断技术以解析冗余替代物理冗余为核心思想，主要通过与估计系统输出测量值进行比对获得故障信息。现阶段，这种诊断技术又可分为基于参数估计的故障诊断方法、基于状态的故障诊断方法以及等价空间诊断方法三类。一般情况下，我们将构成物理系统的元部件特性参数定义为物参，将描述控制系统的微分或差分方程定义为模参。当系统中某个传感器因损坏、失效或性能降低引发故障时，可直接显示为物参变化，进而引起模参的变化，其中包含着全部故障信息。反之，在已知模参的情况下，可以推算出物参的变化，从而确定传感器故障的大小及程度。目前，基于模型的传感器诊断技术已得到广泛应用，其研究成果集中于线性系统，而在非线性系统的研究有待加强。

1.2基于知识的故障诊断

与上述故障诊断方法不同，基于知识的故障诊断无需建立数学模型，克服了基于模型故障诊断的不足或缺陷，但是缺乏一套成熟的理论支撑。其中，人工神经网络法是基于知识故障诊断的代表。所谓的人工神经网络英文简写为ANN，它是建立在人类对大脑神经网络认识理解的基础上，通过人工构造实现某种功能的神经网络。人工神经网络法可分布存储信息，借助网络拓扑结构与权值分布实现非线性变换及映射。相比之下，人工神经网络法弥补了基于模型故障诊断在非线性系统上的不足。然而，人工神经网络法也并非完善，它只是单纯地依靠部分实践案例，既没有有效利用特殊领域的积累经验，又容易受样本选择的影响，由此得出的诊断结论不具备解释性。

1.3基于信号的故障诊断

基于信号的故障诊断从不同角度规避了抽取对象数学模型的困难，它的优势表现为可以直接利用相关函数、频谱等信号模型，分析检测信号，从而确定传感器故障的发生。其中，以小波分析法进行的传感器故障诊断，分析和预测了非平稳时间的序列变化，可观测到信号在任意位置的局部特性，能够准确定位故障发生时刻。这种故障诊断方法尤其适合缓变信号中的突变成分提取。此外，偏最小二乘法也常见于传感器故障诊断领域，它在处理多输入输出系统及数据相关严重的建模问题上表现了较大的优势。这种故障诊断方法遵循一种思想指导，即同时求取模型自变量与应变量的主元，并充分利用自变量相关数据信息解释应变量。

2.常用传感器故障表现及处理

传感器可谓控制系统的“神经网络”，一旦发生故障可能会导致整个系统工作异常或瘫痪。作者主要就几种常见的传感器故障表现进行了描述，并提出了一些处理建议，以供参考和借鉴。

2.1显示异常

在日常使用过程中，传感器可能会显示L.LL或H.HH及其他乱码信息，影响了整个控制系统的正常工作。当传感器显示L.LL时，可能是因为其内部催化元件或热导元件发生断丝，亦或它的元件与电路板之间出现短线导致故障。针对此类情况，维修技术人员可打开传感器后盖进行检测，确定元件与电路板之间连线正常与否。如确定不存在该问题，则需要借助万用表电阻档检查元件内部情况，一旦电阻显示无穷大，则可断定元件断丝，进而予以更换即可。而造成传感器显示乱码的原因有很多，包括单片机工作异常、复位电路损坏等。当传感器出现“888”的情况时，需要优先考虑传感器与分站的距离太远，应适当做出缩短处理。传感器显示异常代表着某一部位出现故障，应该在工作实践中不断积累经验，总结其诱因，以求快速解决。

2.2控制实效

传感器控制失灵是指利用遥控器进行设置时，没有任何信息反馈的情况。导致此类现象发生的原因可能有红外线接收头损坏。三极管损坏或遥控接收解码器损坏。在诊断此种传感器故障的过程中，要坚持循序渐进的原则，首先检查红外接收头是否异常，即利用遥控板操控传感器，通过示波器确定红外接收头终端能否进行方波输出，如若不然则需更换此器件。其次，检测三极管集电极是否有方波输出，如若没有则需要进行更换。最后，操作遥控板观察接收解码器的工作状态，一经确定没有方波输出，则予以维修或更换。传感器是整个控制系统的核心部件，一旦出现故障势必会有所表象，需要工作人员细致观察、注意判断，进而予以解决。

2.3报警错误

目前，常用的传感器都具备报警功能，以为提示操作人员工作异常，保护生产持续运行。但是传感器报警错误现象也时有发生，如有光无声、无光无声等，给相关工作人员造成了极大的困扰，解决此类问题十分重要。当遇到传感器有光无声或声音异常的现象时，可以先检测传感器电路板与蜂鸣器之间的连线情况，假如确定连接良好，则可能需要更换蜂鸣器片。而当传感器报警无声无光的现象发生时，则可能是由于二极管或电路板芯片损坏导致。处理此类问题，可以先用万用表的导通档位确定报警灯正常与否，确定正常之后选择更换二极管或电路板芯片。传感器报警故障隐含着严重的安全隐患，需要得到高度重视。