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传感器常见故障诊断方法

传感器故障主要包括：完全失效故障、固定偏差故障、漂移偏差

故障和精度下降四类。如图1所示。

图1传感器的故障类型

失效故障是指传感器测量的突然失灵，测量值一直为某一常数;

偏差故障主要是指传感器的测量值与真实值相差某一恒定常数的一

类故障，从图中可见，有故障的测量与无故障的测量是平行的;

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漂移故障是指传感器测量值与真实值的差值随时问的增加而发

生化的一类故障;

精度下降是指传感器的测量能力变差，精度变低。精度等级降低

时，测量的平均值并没有发生变化，而是测量的方差发生变化。

固定偏差故障和漂移故障都是不容易发现的故障，在故障发生的

过程中会引起一系列的无法预计的问题，使控制系统长期不能正常发

挥作用。

传感器的故障分类方式

1、按传感器故障程度分类

按传感器故障程度的大小可分为硬故障和软故障。

硬故障泛指结构损坏导致的故障，一般幅值较大，变化突然;软

故障泛指特性的变异，幅值较小，变化缓慢。

硬故障也称完全故障，完全故障时测量值不随实际变化而变化，

始终保持某一读数。通常这一恒定值一般是零或者最大读数。故障测

量值大致是一条水平直线。

软故障包括数据偏差、漂移、精度等级下降等。软故障相对较小，

难于被发现，因此，从某种意义上来讲，软故障危害比硬故障危害更

大，其危害逐渐引起了人们的重视。

2、按故障存在的表现分类

按故障存在的表现可分为间歇性故障和永久性故障。

间歇性故障时好时坏;永久性故障失效后，不能再恢复正常。

3、根据故障发生、发展的进程分类

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根据故障发生、发展的进程可分为突变故障和缓变故障。

突变故障信号变化速率大;缓变故障信号变化速率小。

4、按故障的原因分类

按故障原因可分为偏差故障，冲击故障，开路故障，漂移故障，

短路故障，周期性干扰，非线性死区故障。

偏差故障的故障原因为：偏置电流或偏置电压等;

冲击故障的故障原因是：电源和地线中的随机干扰，浪涌、电火

花放电，D/A变换器中的毛刺等;

开路故障的故障原因：信号线断、芯片管脚没连上等;

漂移故障的故障原因：温等;

短路故障的故障原因：污染引起的桥路腐蚀、线路短接等;

周期性干扰的故障原因：电源50Hz干扰等;

非线性死区故障的故障原因：放大器饱和、含有非线性环节等。

另外，从建模、仿真的角度出发，可分为乘性故障和加性故障。

对于偏置故障，在原信号上加上一个恒定或随机的小信号;对于冲击

干扰，可在原信号上叠加一个脉冲信号;对于短路故障，信号接近于

零;开路故障，信号接近传感器输出最大值;漂移故障，信号以某一速

率偏移原信号;周期性干扰故障，原信号上叠加某一频率的信号。

传感器故障的诊断方法

从不同角度出发，故障诊断方法的分类不完全相同。现简单地将

故障诊断方法分为：基于解析数学模型的方法和不依赖于数学模型的

方法。

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1、基于解析数学模型的方法

根据残差产生的形式不同，基于解析数学模型的方法可以进一步

分为：参数估计法、状态估计法和等价空间法。

基于模型的故障诊断方法，是一种最早发展起来的诊断方法，同

时也是一种研究、应用最广泛的诊断方法。

优点是模型机理清楚，结构简单，易实现，易分析，可实时诊断。

在故障诊断领域具有重要的地位，在今后的发展中依然会是传感器故

障诊断方法的主要研究方向。

缺点是计算量大，系统复杂;存在建模误差，模型的适应性差;

可靠性差，容易出现误报、漏报等现