传感器的缺点 传感器故障怎么排除？3分钟详解传感器故障的4大分类+2大诊断方法

传感器故障怎么排除？3分钟详解传感器故障的4大分类+2大诊断方法

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。

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，有故障的测量与无故障的测量是平行的;

漂移故障是指传感器测量值与真实值的差值随时间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

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50 Hz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，可分为乘性故障和假性故障。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。

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、漏报等现象;外部扰动的鲁棒性，系统的噪声和干扰不敏感。

目前，这种诊断方法的研究成果仍然主要集中于线性系统，对深入研究非线性系统的通用故障诊断技术具有重要的意义，同时，鲁棒性问题也具有很高的研究价值。

2、不依赖于数学模型的故障诊断方法

当前，控制系统变得越来越复杂，由于实际中很难建立控制系统的精确解析数学模型，当存在建模误差时，基于模型的故障诊断方法将出现误报、漏报等现象，因此不依赖于模型的故障诊断方法受到了人们的高度重视。

不依赖数学模型的方法的优点是不需要对象的准确模型，并且适应性强。其缺点是结构复杂，难于实现。

这种不依赖于系统模型的故障诊断方法可分为基于数据驱动的方法的故障诊断方法、基于知识的故障诊断方法和基于离散事件的方法等。

2.1 基于数据驱动的方法

基于数据驱动的方法有两大类：信号处理方法和统计方法。

常用的一些基于信号处理的故障诊断方法有：绝对值检验和趋势检验，利用Kullb ack信息准则的故障检测，基于自适应滑动Lattice滤波器的故障检测方法，基于信号模态估计的故障检测方法相关分析法、小波分析方法和信息融合方法等。

2.2 基于知识的方法

基于知识的故障诊断方法协可分为基于症状的故障诊断方法和基于定性模型的故障诊断方法两种。

2.3 基于离散事件的方法

基于离散事件的故障诊断方法是近年来发展起来的一种新型故障诊断方法。其基本思想是：离散事件模型的状态既反映正常状态，又反映系统的故障状态。

随着理论研究的进展和技术水平的不断提高，传感器故障诊断的研究会更趋于实用化，一些在实际中遇到的问题会逐步得到解决。

（来源：网络）

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传感器是根据材料的物理、化学、生物学的特性和规律设计而成的器件，种类繁多，在测控领域内，由某一原理设计的传感器可以同时测量多种非电量，而有时一种非电量又可用多种不同原理的传感器测量，因此传感器的分类方法较多，一般可按以下几种方法分类。

1．按输入量分类

按输入量可分为压力、位移、速度、温度、湿度等传感器。这种分类方法明确地表达了传感器的用途，便于选用，但该分类法将原理互不相同的传感器归于一类，难以找出每种传感器的转换原理上有何共性和差异。

2．按测量原理分类

这种分类方法是以物理和化学等的原理、规律和效应作为分类依据，如电压式、热电式、电阻式、光电式、电感式等。这种分类方法的优点是对于传感器的工作原理比较清楚，类别少，利于对传感器进行深入分析和研究。

3．按能量关系分类

按能量观点分类，可将传感器分为有源传感器和无源传感器。前者将非电能量转换为电能量，称之为能量转换型传感器。通常配合有电压测量电路和放大器，如压电式、热电式、电磁式等。无源传感器又称能量控制型传感器。它本身不是一个换能器，被测非电量仅对传感器中能量起控制或调节作用。所以，它们必须有辅助电源，这类传感器有电阻式、电容式、电感式等。

4．根据半导体有关理论分类

分为半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。

5．按输出量分类

按输出量分类有模拟式和数字式传感器。模拟式传感器的输出信号为模拟量；数字式传感器的输出信号为数字量，便于与计算机连用，且抗干扰性强，如盘式角压数字传感器，光栅传感器等。

6．其他分类

传感器通常也可按结构型和物性型分类。

（1）结构型

主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化将外界被测量转换为相应电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测量信号。这种传感器目前应用的最为普遍。

（2）物性型

物性型是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量。它是半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。

传感器按测量原理和用途两个大类细分如下表所示。

传感器的使用注意事项

（1）安装及线路调试

① 要熟悉传感器及后级电路的原理、特点和要求。

② 传感器安装位置和方法要正确，固定要牢固。传感器的输出信号线要符合说明书的要求。

③ 传感器的供电电源要符合说明书的要求。输出信号的极性、电流方向要与后级电路输入的要求一致。

④ 传感器及后级电路安装完毕后，要开机反复进行调整，直到达到最佳状态。

（2）操作要点

① 传感器必须与被测物体保持紧密联系，有些就直接安装在被测物体上。传感器的安装位置是否准确，对检测结果影响很大。

② 对于传感器接收装置的输入电路，其检测的精度取决于传感器的精度、安装位置和方法是否正确及接收装置的精度。

来源：《电工从业技能深入精通》 作者：张志远

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