[发明专利]一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统

说明书

技术领域

本发明涉及传感器故障检测领域，为一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统，特别是一种以MSP430单片机为核心，采用恒流激励与矩阵扫测的方法实现对应变式多维力传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测的电池供电式故障诊断系统。

背景技术

应变式多维力传感器能将空间矢量力/力矩沿笛卡尔坐标系分解并输出，在科学试验与工业自动化中被广泛应用，如风洞试验中测量飞行器模型各个方向力/力矩的风洞应变天平、汽车综合性能试验中的车轮力传感器以及工业机器人力控作业中的腕力传感器等等。应变式多维力传感器由传感器基体和测量电路组成，包含多个测量通道，传感器基体由各测量通道的钢体结构的应变梁组成，各通道的测量电路又由应变片搭建的惠斯顿电桥组成。测量电路的好坏直接影响传感器的测量性能。

应用中，多维力传感器通过接插件和线缆连接到信号采集系统，组成多维力测量系统。然而，在实际工作环境中，特别是科学试验中，多维力测量系统往往会发生故障，导致测量结果异常。多维力测量系统的故障既可能出现在多维力传感器上，亦可能出现在接插件、线缆或信号采集系统上。其中，多维力传感器是最薄弱的环节，容易出现测量电路故障，如短路、断路、虚短、虚断等。多维力传感器测量通道多，故障有可能出现在任何通道测量电路的任何桥臂或引线上。另外，多维力传感器结构复杂、紧凑，体积较小，测量电路的布线也就比较复杂难辨。这就使得完全通过人工的方式对多维力传感器进行故障诊断显得费时费力、效率低下。而目前，关于多维力传感器测量电路的故障诊断主要依赖人工进行，且传感器需从工作装置上卸载下来进行离线检测，尚无能够对其进行在线自动诊断的系统。如若故障并非出现在多维力传感器上，复杂工作装置的拆装过程则会严重影响工作效率。

现有文献“称重传感器的工作原理及故障检测”(王传文，化学分析计量，2002，第11卷，第4期)、“应变式称重传感器故障检测方法及步骤”(杨青锋，衡器，2007，第1期增)、“应变式称重传感器原理及故障检测”(刘平凡、罗俊，衡器，2010，第11期)、“电阻应变式称重传感器原理及故障分析检测”(刘丹、高彬、郑一畅，广西轻工业，2010，第8期)中关于应变式传感器桥路故障的检测均为通过人工借助相应的测试设备(如万用表、兆欧表等)来检测桥路阻抗实现故障诊断。这种方法对于多维力传感器而言就很费时费力、效率低下。现有文献“基于多层前向神经网络的应力传感器故障诊断”(张伟、郑恩让，传感器技术，2001，第4期)中虽提及采用神经网络的办法对应力传感器进行故障诊断，但未给出具体的要诊断的故障状况，且诊断对象不是具有多个通道的应变式多维力传感器。现有文献“Design and Implementation of a Self-Validating Pressure Sensor”(Zhigang Feng,Qi Wang,and Katsunori Shida,IEEE Sensors Journal,2009,第9卷，第3期)针对应变式压力传感器采用小波包分解法和支持向量机多级分类法对其测量数据进行一致性检验，以诊断传感器故障，但所提方法主要用于识别传感器数据的偏置、漂移、尖峰、震荡和阻断等故障现象，而并非诊断具体的测量电路故障类型和位置。

为此，本发明提供一种电池供电式应变多维力传感器故障诊断系统，实现对应变式多维力传感器测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测。

发明内容

本发明要解决应变式多维力传感器测量电路故障的自动检测问题，提供一种基于恒流激励与矩阵扫测的、能够对传感器各通道测量电路的短路、断路、虚短、虚断故障进行在线自动检测的电池供电式故障诊断系统。