专利名称：用于通用传感器的自诊断装置和方法
技术领域：
本发明涉及用于通用传感器的自诊断装置，更具体地说，涉及用于通用传感器的自诊断装置和方法，其能够通过从传感器接收初始正常输入信号、对传感器进行模拟(这里，模拟包括模拟系数、类型和各种变量)、然后比较传感器的诊断模拟值和正常模拟输出值而确定特定传感器存在/不存在故障和故障类型，以及能够当传感器出现故障时通过将相应传感器的故障通知用户而防止意外的发生从而保证包含该传感器的系统的稳定性和可靠性。
背景技术：
本发明涉及用于通用传感器的自诊断装置及其诊断方法。
在大型系统例如桥梁、水坝、隧道、大型建筑等的情况下，相关领域中的诊断和管理方法由于可进入性的限制而在进入这样的系统方面效率低，以及难于捕获瞬时异常。在另一方面，在大型化工工艺系统中可能发生的火灾和安全事故不仅可能导致诸如经济损失、人命丧失、环境污染等直接损失，而且还导致成为国家可信赖度和国民经济的阻碍。因此，强烈需要与智能传感器系统结构相关的技术发展，智能传感器系统结构是确保大型系统的安全和维护管理的核心技术。而且，由于新设备和现有设备的复杂和陈旧，这样的设备的安全已经成为重要问题。而且，在重要的国家重点工业领域中的各种设备中所需要的传感器(例如在以纳米为单位进行精密处理的机器中的移动量确认传感器、安装在化工厂的各个单元过程中的例如压力传感器、温度传感器、CO2密度传感器、氧气密度传感器等的监视传感器、直接与生物相连的以及用在车辆、船舶、飞机等中的各种传感器、核能产生装置中需要的温度和压力传感器)是重要的组成部件。如果负责这样的重要功能的传感器由于故障及其异常而输出不准确的信号并且该故障状态未被识别出，那么各个设备可能继续误动作，这可能引起巨大的经济损失。然而，在相关领域，由于缺少自动确定并报告传感器存在/不存在故障及故障类型的系统，传感器的故障可能不容易被掌握，因此使用该传感器的设备可能误动作而引起巨大的经济损失。
发明内容
技术问题本发明要实现的一个目标是提供用于通用传感器的自诊断装置和方法，其能通过从该传感器接收初始正常输入信号、对该传感器进行模拟(这里，模拟包括模拟系数、类型和各种变量)、然后比较传感器的诊断模拟值和正常的模拟输出值而确定指定传感器存在/不存在故障和故障类型，以及当传感器出现故障时通过将该相应传感器的故障通知用户以防止意外的发生从而能够确保包括该传感器的系统的稳定性和可靠性。
解决技术问题的技术手段在本发明的一个方面，提供了一种用于通用传感器的自诊断装置，其包括从一个或多个传感器接收传感器信号的输入的传感器信号输入单元；将所述传感器信号输入单元的所述传感器信号的输入处理成能在所述诊断装置中使用的值的输入信号处理单元；通过模拟所述输入数据处理单元所处理的数据而计算诊断模拟值的模拟单元；存储当传感器处于正常状态时在先模拟的传感器的传感器信号的参考模拟值、以及存储用于确定传感器的故障类型的故障类型确定数据的存储器；通过比较诊断模拟值和存储在存储器中的相应传感器的参考模拟值之间的相关性而诊断相应传感器存在/不存在故障的故障诊断单元；以及如果所述故障诊断单元确定相应传感器的故障则通过比较诊断模拟值与参考模拟值之间的相关性和故障类型确定数据而确定相应传感器的故障类型的故障类型确定单元。故障类型确定单元可以使用诊断模拟值的连续性、类型和延迟值中的一个或多个来确定相应传感器的故障类型。根据本发明的实施方式的用于通用传感器的自诊断装置可以还包括输出单元，该 输出单元从所述故障类型确定单元接收关于相应传感器的故障类型的数据的输入，并通过使用文本和图表将所述数据输出给用户。根据本发明的实施方式的用于通用传感器的自诊断装置可以还包括通信单元，该通信单元从所述故障类型确定单元接收关于相应传感器的故障类型的数据的输入，并通过使用有线和无线通信方法将所述数据传输给外部设备。如果从一个或多个传感器输入的传感器信号是模拟信号，输入数据处理单元可以将模拟信号转换成数字信号并将该数字信号传送给模拟单元。在本发明的另一方面，提供了一种用于通用传感器的自诊断方法，该方法包括步骤(A)从一个或多个传感器接收传感器信号的输入；(B)通过对输入的传感器信号进行模拟而计算诊断模拟值以及比较诊断模拟值和存储在存储器中的相应传感器的参考模拟值之间的相关性而诊断相应传感器存在/不存在故障；以及(C)如果确定相应传感器出现故障，通过比较在诊断模拟值和参考模拟值之间的相关性和存储在存储器中的故障类型确定数据而确定相应传感器的故障类型。参考模拟值可以是当传感器处于正常状态时而在先模拟的相应传感器的传感器信号的模拟值。通过比较诊断模拟值和参考模拟值之间的相关性和存储在存储器中的故障类型确定数据而确定相应传感器的故障类型的步骤可以使用诊断模拟值的连续性、类型和延迟值中的一个或多个以便确定相应传感器的故障类型。根据本发明的实施方式的用于通用传感器的自诊断方法可以还包括步骤(D):通过使用声音、文本和图表将关于相应传感器的故障类型的数据输出给用户。技术效果如上所述，根据本发明，能够通过从传感器接收初始正常输入信号、对该传感器进行模拟(这里，模拟包括模拟系数、类型和各种变量)、然后比较传感器的诊断模拟值和正常的模拟输出值而确定给定传感器存在/不存在故障和故障类型，以及当传感器出现故障时通过将相应传感器的故障通知用户以防止意外的发生而能够确保包括该传感器的系统的稳定性和可靠性，由此为自动系统的管理提供便利。
而且，由于能够预测传感器随着时间而变得陈旧，自诊断装置和方法的管理和使用能够为用于连续长期监控诸如大气污染和水污染的环境污染、交通等的测量传感器提供便利。
图I是阐述根据本发明的实施方式的用于通用传感器的自诊断装置的内部配置的方框图；图2是阐述根据本发明的实施方式的运行过程的示意图；以及图3是阐述根据本发明的实施方式的用于通用传感器的自诊断装置的运行的流程图。
具体实施例方式下文中，将根据附图描述本发明的优选实施方式。说明书中所定义的内容，例如详细的结构和元件，只不过是用于辅助本领域技术人员全面理解本发明的具体细节，因此本发明不受其限制。图I是阐述根据本发明的实施方式的用于通用传感器的自诊断装置的内部配置的方框图。如图I所示，根据本发明的实施方式的用于通用传感器的自诊断装置100包括传感器110、传感器信号输入单元120、输入数据处理单元121、模拟单元123、故障诊断单元130、故障类型确定单元140、中央处理单元150、供电单元160、通信单元170、存储器180和输出单元190。一个或多个传感器110生成传感器信号并将传感器信号实时提供给传感器信号输入单元120。传感器信号输入单元120通过有线/无线实时接收来自于传感器110的传感器信号的输入，并将该传感器信号传送给输入数据处理单元121。在这种情况下，传感器信号可以是用电压、电流、DC(直流电)、或者正弦波表达的模拟信号或者可以是用脉冲、RS232、RS485等表达的数字信号。这样的模拟或者数字信号可以通过有线/无线通信网络输入。输入数据处理单元121将从传感器输入的数字信号或模拟信号处理成具有能够在中央处理单元150中处理的采样周期和大小的关联形式(engaged form)。如果输入的传感器信号是模拟信号，输入数据处理单元121通过ADC将该模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号传送给模拟单元123。如果处理的信号是从输入数据处理单元121输入的，模拟单元123通过模拟输入数据计算诊断模拟值。这里，模拟包括模拟系数、类型和各种变量。在存储器180中，存储有当传感器处于正常状态时在先模拟的传感器110的传感器信号的参考模拟值，以及存储有用于确定传感器110的故障类型的故障类型确定数据。在这种情况下，优选的是故障类型确定数据通过多个要素来区分并存储在表格中，多个要素例如为模拟值的连续性、类型和延迟值。如果传感器信号被输入至输入数据处理单元121，故障诊断单元130通过比较诊断模拟值和存储在存储器180中的相应传感器110的参考模拟值之间的相关性而诊断相应传感器存在/不存在故障。更具体地，通过比较诊断模拟值和参考模拟值之间的相关性，如果相关性超出预设阈值范围，故障诊断单元130确定故障发生。在这种情况下，优选的是故障诊断单元130具有40MHz的运行频率或者更高的运行频率用于模拟，并能够进行浮点运算。如果不具有内部ADC，优选的是在外部安装具有10比特或者更高分辨率的精确度的ADC。图2是阐述当传感器信号输入到故障诊断单元130中时故障诊断单元130的故障诊断运算的示意图。如果故障诊断单元130确定传感器110出现故障，故障类型确定单元140通过比较诊断模拟值和参考模拟值之间的相关性和故障类型确定数据而确定相应传感器的故障类型。
在这种情况下，故障类型确定单元140使用诊断模拟值的连续性、类型和延迟值中的一个或多个来确定相应传感器110的故障类型。更具体地，故障类型确定单元140基于存储在存储器180中的故障类型确定数据通过比较相关性而根据对应范围来确定故障类型。通信单元170从故障类型确定单元140接收关于相应传感器110的故障类型的数据的输入，并使用有线或无线通信方法将该数据传送给外部装置。例如，通信单元170可以通过通信网络将关于相应传感器110的故障类型的数据传送至上层控制装置、装置制造者、指定的售后服务(A/S)中心或者保险公司。另一方面，为了与外部装置通信，可以使用RS232和各种有线/无线通信网络。输出单元190从故障类型确定单元140接收关于相应传感器110的故障类型的数据，并通过使用声音、文本和图表将该数据输出该用户。如果传感器信号输入单兀120从一个或多个传感器110接收传感器信号，中央处理单元150确定相应传感器的参考模拟值是否存储在存储器180中，确定结果是在存储器180中没有相应传感器110的参考模拟值，则认为相应传感器110开始启动运行，将从相应传感器Iio第一次输入的数据确定为参考模拟值，并将该数据存储在存储器180中。如果传感器信号是从多个传感器输入的，中央处理单元150进行转换该输入的多个传感器信号的功能。即，中央处理单元150担当用于处理多个传感器信号的多路转接器。供电单元160从外部向用于通用传感器的自诊断装置100提供电源输入。图3是阐述根据本发明的实施方式的用于通用传感器的自诊断装置的运行的流程图。首先，传感器信号输入单兀120从一个或多个传感器110接收传感器信号(S100)。然后，输入数据处理单元121将从传感器输入的数字信号或模拟信号处理成具有能够在中央处理单元150中处理的采样周期和大小的关联形式。如果输入的传感器信号是模拟信号，输入数据处理单元121通过ADC将该模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号传送给模拟单元123。如果处理的信号是从输入数据处理单元121输入的，模拟单元123通过模拟输入数据计算诊断模拟值(SllO)。这里，模拟包括模拟系数、类型和各种变量。其后，中央处理单元150确定相应传感器110的参考模拟至是否存在于存储器180中(SllO)。此时，参考模拟值是当相应传感器110处于正常状态时在先模拟的相应传感器的传感器信号的模拟值。如果步骤S120中的确定结果是在存储器180中没有相应传感器110的参考模拟值，中央处理单元150认为相应传感器110开始启动运行，将从相应传感器110第一次输入的数据确定为参考模拟值，并将该数据存储在存储器180中。另一方面，如果步骤S120中的确定的结果是相应传感器110的参考模拟值存在于存储器180中，故障诊断单元130通过比较诊断模拟值和参考模拟值之间的相关性而确定相应传感器110存在/不存在故障。如果步骤S130中的确定的结果是确定相应传感器110出现故障，故障类型确定单元140通过比较诊断模拟值和参考模拟值之间的相关性和存储在存储器中的故障类型确 定数据而确定相应传感器110的故障类型(S150)。在这种情况下，优选的是通过比较诊断模拟值和参考模拟值之间的相关性和存储在存储器180中的故障类型确定数据而确定相应传感器110的故障类型的步骤使用诊断模拟值的连续性、类型和延迟值中的一个或多个以便确定相应传感器110的故障类型。然后，如果在步骤S150中确定了相应传感器110的故障类型，中央处理单元150处理以通过输出单兀190输出关于相应传感器110的故障类型的数据(S160)。此时,优选的是通过使用声音、文本和图表将关于相应传感器110的故障类型的数据输出给用户。尽管出于阐述目的描述了本发明的优选实施方式，本领域技术人员将领会到能够在不偏离如在所附的权利要求中所公开的本发明的范围和精神的条件下进行各种修改、增加和替代。
权利要求
1.一种用于通用传感器的自诊断装置，所述自诊断装置包括 传感器信号输入单元，所述传感器信号输入单元从ー个或多个传感器接收传感器信号的输入； 输入数据处理単元，所述输入数据处理単元将从所述传感器信号输入单元输入的传感器信号处理成能够在诊断装置中使用的值； 模拟单元，所述模拟単元通过模拟所述输入数据处理単元所处理的数据而计算诊断模拟值； 存储器，所述存储器存储当传感器处于正常状态时在先模拟的传感器的传感器信号的參考模拟值、以及存储用于确定传感器的故障类型的故障类型确定数据； 故障诊断单元，所述故障诊断单元通过比较所述诊断模拟值和存储在所述存储器中的相应传感器的所述參考模拟值之间的相关性而诊断所述相应传感器存在/不存在故障；以及 故障类型确定单元，如果所述故障诊断单元确定所述相应传感器故障，所述故障类型确定单元通过比较所述诊断模拟值和所述參考模拟值之间的相关性和故障类型确定数据而确定所述相应传感器的故障类型。
2.根据权利要求I所述的用于通用传感器的自诊断装置，其中所述故障类型确定单元使用所述诊断模拟值的连续性、类型和延迟值中的一个或多个来确定所述相应传感器的故障类型。
3.根据权利要求I所述的用于通用传感器的自诊断装置，所述自诊断装置还包括输出単元，所述输出単元从所述故障类型确定单元接收关于所述相应传感器的故障类型的数据的输入，并通过使用文本和图表将所述关于所述相应传感器的故障类型的数据输出给用户。
4.根据权利要求I所述的用于通用传感器的自诊断装置，所述自诊断装置还包括通信単元，所述通信単元从所述故障类型确定单元接收关于所述相应传感器的故障类型的数据的输入，并通过使用有线和无线通信方法将所述关于所述相应传感器的故障类型的数据输出给外部装置。
5.根据权利要求I所述的用于通用传感器的自诊断装置，其中如果从ー个或多个传感器输入的传感器信号是模拟信号，所述输入数据处理单元将该模拟信号转换成数字信号并将该数字信号传送给模拟单元。
6.一种用于通用传感器的自诊断方法，所述方法包括 (A)从ー个或多个传感器接收传感器信号的输入； (B)通过模拟输入的传感器信号而计算诊断模拟值以及比较所述诊断模拟值和存储在存储器中的相应传感器的參考模拟值之间的相关性而诊断所述相应传感器存在/不存在故障；以及 (C)如果确定所述相应传感器出现故障，通过比较所述诊断模拟值和所述參考模拟值之间的相关性和存储在所述存储器中的故障类型确定数据而确定所述相应传感器的故障
7.根据权利要求6所述的用于通用传感器的自诊断方法，其中所述參考模拟值是当所述传感器处于正常状态时在先模拟的相应传感器的传感器信号的模拟值。
8.根据权利要求6所述的用于通用传感器的自诊断方法，其中通过比较所述诊断模拟值和所述參考模拟值之间的相关性和存储在所述存储器中的故障类型确定数据而确定所述相应传感器的故障类型的所述步骤(C)使用所述诊断模拟值的连续性、类型和延迟值中的一个或多个以便确定所述相应传感器的故障类型。
9.根据权利要求6所述的用于通用传感器的自诊断方法，所述方法还包括步骤(D):通过使用声音、文本和图表将关于所述相应传感器的故障类型的数据输出给用户。
全文摘要
本发明提供了用于通用传感器的自诊断装置和方法。该自诊断装置包括从一个或多个传感器接收传感器信号输入的传感器信号输入单元；将该传感器信号输入单元的传感器信号输入处理成能在诊断装置中使用的值的输入信号处理单元；通过模拟输入数据处理单元所处理的数据而计算诊断模拟值的模拟单元；存储当传感器处于正常状态时在先模拟的传感器的传感器信号的参考模拟值、以及存储用于确定传感器的故障类型的故障类型确定数据的存储器；通过比较诊断模拟值和存储在存储器中的相应传感器的参考模拟值之间的相关性而诊断相应传感器存在/不存在故障的故障诊断单元；以及如果该故障诊断单元确定相应传感器故障则通过比较诊断模拟值与参考模拟之间的相关性和故障类型确定数据而确定相应传感器的故障类型的故障类型确定单元。
文档编号G01D3/00GK102695943SQ201080006169
公开日2012年9月26日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月27日
发明者南龟云, 孙熙根, 金汉实 申请人:孙熙根, 帕威泰英有限公司