传感器故障是什么原因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

发布时间：2024-11-24 02:11:50

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）

传感器常见的五大故障及解决方法

当传感器按照预期正常工作时，人们几乎不会注意到它们的存在，人们只会想到如果没有这些传感器，系统将不可能实现哪些优势。但是，传感器有时仍然可能会发生故障，每当此时，客户们就会觉得自己的投资打了水漂，进而丧失对传感器供应商及其品牌的信任。下面是五种可能发生的常见传感器故障，以及如何解决并消除它们。

1.由于安装不当导致读数错误

许多人都在尝试确认传感器正常工作的过程中经历反反复复的试验循环过程。他们之所以会如此，是因为他们通常想当然地认为之所以反复试验还无法令传感器正常工作，是由于传感器本身存在问题，比如传感器内部布线出现了问题。

但是，倘若安装方式不正确，也会导致发生读数异常。比如，检测金属是否存在的传感器不能附着到被检测的金属上面，传感器和它要识别的金属表面之间必须隔开一定的空间，否则可能会导致读数错误。对于这种故障，最简单的解决方法就是改变传感器的安装位置。

2.压力传感器中的校准漂移

食品和饮料公司通常会在工厂中使用压力传感器，以保证生产环境符合相关法规和质量标准。但是，如果压力传感器上面发生冷凝现象，则可能会导致既定的校准失效，或称“校准漂移”。当发生这种情况时，根据压力传感器的数据操作生产设备的工人可能不知道已经发生了故障。有的时候，校准失效或者没有进行校准会导致生产过程中断。

在那些必须进行仪器校准并必须保证校准有效性的环境中，许多客户会选择那些不太可能出现校准漂移的压力传感器。此外，工程师还可以通过部署通风系统，促进空气流动，以防止冷凝现象的发生。

3.印刷电路板（PCB）的问题

印刷电路板（PCB）是智能手机、物联网设备等许多广受欢迎的电子产品中必不可少的一个组件。但是，如果PCB制造商和设计人员不注意，使得PCB和它周围的任何传感器出现问题，则很有可能会导致产品故障。首先，对于大多数PCB来说，最好避免进行90度角的布线，因为这种布线方式往往会增加电磁干扰，而过量的电磁干扰会导致出现产品缺陷。

此外，使用可制造性设计（DFM）有助于PCB制造商避免出现可能会在生产过程中浮现的问题。对PCB进行可制造性设计检查，检查PCB上的器件布局是否可能破坏制造和装配过程。比如，当您在一款物联网设备中使用了多个传感器时，请记住，你有必要检查PCB的发热区域，并评估可能的温度变化以及这种温升是否会破坏传感器。

4.由于网络安全漏洞导致的故障

在消费电子产品中，物联网设备是使用传感器的最常见产品品类。现在的家庭正在迅速习惯家中部署的多个物联网设备，但是在这里有一个重要的问题，就是物联网设备通常没有或者严重缺乏安全保障措施。

来自网络安全机构的多份研究报告指出，2019年物联网设备将面临更多的攻击。Avast的一份出版物中预测，物联网恶意软件的演变将使其变得比以往出现在计算机和智能手机中的恶意软件更加复杂。

此外，诺基亚的一项研究发现，2018年，物联网僵尸网络活动占到整个恶意软件运营商网络活动的78%。研究人员还担心黑客黑入智能城市传感器并对整个社区造成严重破坏，而不是仅仅盯着消费者设备。在对三家领头的智能城市传感器供应商的一份调查中，发现了17个网络安全方面的缺陷，其中关键漏洞高达八个。

这一研究发现表明，传感器公司和客户有很多尚未发现的已知的网络安全问题，风险在不断增长，并且需要在未来几年内进行全面管理。构建物联网设备的工程师需要在整个传感器和其他组件的设计和生产过程中将网络安全作为首要问题，以帮助减少网络安全故障对设备的影响。

5.由于燃油质量低或维护不当导致汽车氧气传感器出现问题

今天的汽车配备了一系列传感器，特别是当这些车辆部署了包括车道感应或者避障功能在内的一些自动驾驶相关的功能时，传感器的种类和数量更加繁多。此外，还有一种常见的轮胎温度压力传感器，它会在轮胎压力过高或者过低导致无法安全行驶时告诉人们何时需要调节一下轮胎的压力。但是，还有一些人们所不熟悉的传感器，比如氧气传感器。氧气传感器可以监测排放尾气中的氧气含量。该传感器使用电压信号的形式将结果传达给汽车的计算机，然后，如果有必要，车载计算机会调整输送到发动机的燃料/氧气混合物的混合比例。

当燃料与氧气的比例不合适导致混合物太稀或者过浓时，会导致汽车运行不平稳，或者达不到理想的燃油效率，造成百公里油耗的增加。此外，随着时间的推移，氧气传感器也可能会被燃料添加剂和油灰等燃烧副产物影响而结块。如果不进行定期维护，尤其是没有按照手册要求定期更换火花塞和空气过滤器，可能会导致氧气传感器出现问题。这些器件时为了帮助促进燃料进行完全燃烧，燃烧不完全会导致排放系统中的废料积聚。

如果驾驶员使用了不推荐使用的汽油或者劣质汽油，氧气传感器的寿命也可能低于预期的平均寿命。汽车制造商会在车辆手册中提供氧气传感器的使用注意事项等信息，以帮助车主避免遭遇氧气传感器故障。例如，一般都会建议在车龄不到十五年的汽车上，行驶六万到九万英里时需要更换一次氧气传感器。

主动考虑、提前预防可以减少传感器故障

本文介绍了在生产期间或工作期间可能出现的传感器问题。当传感器生产商和客户们提前考虑可能出现哪些故障并进行预防时，就可以避免传感器出现故障，正常服务于客户的产品。

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