一种传感器故障检测方法、检测电路和检测器与流程

本发明涉及电子产品检测技术领域，具体涉及一种传感器故障检测方法、检测电路和检测器。

背景技术：

随着人工智能以及物联网的发展，人们的生活越来越智能化，这大大提高了人们生活的便捷度，但同时对于传感器也能更加依赖，一旦传感器发生故障可能会造成严重的后果。例如，温度是我们生活和生产中基本的物理量，温度的采集、检测和控制已经渗透在生活的方方面面，温度传感器故障与否对温度的采集和检测至关重要，目前温度传感器故障检测主要有以下方法：

方案一：采用人工肉眼观察传感器的连线是否断开、各个电子元件之间是否松动；

方案二：通过多个温度传感器采集同一区域不同地方的温度，若某个温度传感器采集的温度值超过了其限定量程范围，则认为该温度传感器发生故障。

上述方案一需要人工通过肉眼去观察，这种人为检测故障的方法速度慢、增加了工作量且检测不够准确；方案二需要同时采集同一区域的多个数据进行对比，效率低且工作量大。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是采用现有的方法检测传感器是否发生故障时效率低、工作量大且检测不够准确。

一种传感器故障检测方法,所述传感器包括用于感知被测量的敏感元件；所述方法包括：

给所述敏感元件施加第一电源信号，将敏感元件感知的被测量转换成第一测量信号；

给所述敏感元件施加第二电源信号，将敏感元件感知的被测量转换成第二测量信号；其中所述第一电源信号与第二电源信号的大小不同；

根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障。

其中，根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障包括：

判断所述第一测量信号与第二测量信号的比值是否等于所述第一电源信号和第二电源信号的比值，若是，则表示所述传感器正常，否则表示所述传感器故障。

其中，所述电源信号为电流或电压。

一种传感器故障检测电路,所述传感器包括用于感知被测量的敏感元件；所述检测电路包括电源电路；

所述电源电路用于给敏感元件施加第一电源信号，将敏感元件感知的被测量转换成第一测量信号；

所述电源电路还用于给敏感元件施加第二电源信号，将敏感元件感知的被测量转换成第二测量信号。

其中，所述传感器包括第一端和第二端，所述第一端串联有所述敏感元件，其特征在于，所述电源电路包括第一电源电路、第二电源电路、减法器电路和微处理器；

所述第一电源电路和第二电源电路相同；

所述第一电源电路用于与传感器的第一端连接，在微处理器的控制下输出第一电源信号和第二电源信号；

所述第二电源电路用于与传感器的第二端连接，在微处理器的控制下输出第一电源信号和第二电源信号；

所述减法器电路用于将所述传感器第一端的电压或电流与第二端的电压或电流相减，输出对应的测量信号；

所述微处理器用于通过第一电源电路输出第一电源信号给所述传感器的第一端，同时通过第二电源电路输出第一电源信号给所述传感器的第二端；由减法器电路将传感器第一端的电压或电流与第二端的电压或电流相减后，得到第一测量信号；通过第一电源电路输出第二电源信号给所述传感器的第一端，同时通过第二电源电路输出第二电源信号给所述传感器的第二端；由减法器电路将传感器第一端的电压或电流与第二端的电压或电流相减后，得到第二测量信号。

其中，所述微处理器还用于接收所述减法器电路输出的第一测量信号和第二测量信号，并根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障。

具体的，所述根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障包括：

判断所述第一测量信号与第二测量信号的比值是否等于所述第一电源信号和第二电源信号的比值，若是，则确定所述传感器正常，否则确定所述传感器故障。

进一步的，还包括放大电路，所述放大电路的输入端与所述减法器电路的输出端连接，用于接收所述减法器电路输出的第一测量信号和第二测量信号并对其进行放大；所述微处理器还与所述放大电路的输出端连接，用于接收放大后的第一测量信号和第二测量信号。

其中，所述第一电源电路和第二电源电路均包括至少两个并联的电流源，且其中至少一个电流源串联有可控制通断开关，所述可控制通断开关的控制端为其所在电源电路的控制端、连接微处理器；所述可控制通断开关在微处理器的控制下将与其串联的电流源与其他电流源并联或断开，以改变其所在的电源电路输出的电源信号。

其中，所述传感器还包括接地端、用于反映传感器第一端与敏感元件第一端之间线阻的第一等效电阻、用于反映传感器第二端与敏感元件第二端之间线阻的第二等效电阻和用于反映敏感元件第二端与接地端之间线阻的第三等效电阻，且该第一等效电阻、第二等效电阻和第三等效电阻大小相同；

所述第一等效电阻的一端与所述敏感元件的第一端连接，另一端为传感器的第一端、与所述第一电源电路的输出端连接；

所述第二等效电阻的一端与所述敏感元件的第二端连接，另一端为传感器的第二端、与所述第二电源电路的输出端连接；

所述第三等效电阻的一端连接所述敏感元件的第二端和所述第二等效电阻的一端，另一端为接地端。

一种传感器故障检测器，其特征在于，包括绝缘壳体，所述壳体内设有电路板，所述电路板上设有如上所述检测电路；

其中，还包括设置在所述电路板上的两个接线端子，所述两个接线端子的一端分别与所述第一电源电路的输出端和第二电源电路的输出端连接，另一端分别用于连接待测传感器的第一端和第二端。

依据上述实施例的传感器故障检测方法，给敏感元件施加第一电源信号，将敏感元件感知的被测量转换成第一测量信号；然后再给敏感元件施加第二电源信号，将敏感元件感知的被测量转换成第二测量信号；其中第一电源信号与第二电源信号的大小不同；根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障。依据该检测方法对传感器进行故障检测时，操作简单、提高了检测效率，同时消除了导线电阻等因素的影响，使得检测的结果更加准确。

附图说明

图1为本申请实施例的检测方法流程图；

图2为本申请实施例的检测电路结构框图；

图3为本申请另一实施例的检测电路结构框图；

图4为本申请实施例的检测器结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

现有的通过人眼观察来检测传感器是否故障的方法，首先比较费时，同时检测也不够准确。通过多个温度传感器采集同一区域的温度，若某个温度传感器采集的温度值超过了其限定量程范围，则认为该温度传感器发生故障的方法，需要采集多个数据进行对比，工作量大，同时效率也较低。因此本申请提出采用测量电路来测量传感器的敏感元件对应的测量信号，判断得到的测量信号与该敏感元件生产时的物理参数是否对应，例如判断温度传感器在恒流源下的电压，以此来检测其阻值，进而判断该温度传感器是否发生故障，该方法明显提高了检测效率。由于传感器的敏感元件的电阻很小，这样在采用电路测量该敏感软件阻值时，如果电路中间某处出现断路或者短路,采集到的传感器的阻值仍然在其理论有效范围内，这样就会出现检测不准的情况。本实施例通过对传感器的敏感元件分别施加第一电源信号和第二电源信号，分别得到在这两种电源信号的情况下检测到的第一测量信号和第二测量信号，然后根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障，这样就会消除电路中线阻的影响，使得检测的结果更加准确。

实施例一：

请参考图1，本实施例提供一种传感器故障检测方法，其中，传感器包括敏感元件，例如热敏电阻，光敏电阻等，本实施例以温度传感器pt100为例，该传感器包括的敏感元件为热敏电阻，该检测方法包括：

步骤101：给敏感元件施加第一电源信号，将敏感元件感知的被测量转换成第一测量信号；本实施例中采用恒流源对敏感元件施加的电流信号，得到其在第一电源信号下对应的电压信号，即为第一测量信号。在其他实施例中，施加的第一电源信号还可以为电压信号。

步骤102：给敏感元件施加第二电源信号，将敏感元件感知的被测量转换成第二测量信号；其中第一电源信号与第二电源信号的大小不同，通过改变施加给敏感元件的电流的大小，得到不同的电压信号，即第二测量信号。

步骤103：根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障。根据电阻、电流和电压的线性关系，通过计算第一测量信号和第二测量信号之间的比值可以消除线阻等其他电阻的影响，精确的判断出传感器上的电压是否与电流成线性关系，进而判断出该传感器是否发生故障。

具体的，根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障包括：

判断第一测量信号与第二测量信号的比值是否等于第一电源信号和第二电源信号的比值，若是，则表示所述传感器正常，否则表示所述传感器故障。

其中，施加第一电源信号和第二电源信号的时间间隔尽可能的短，避免了由于时间间隔较长，环境温度发生变化，导致敏感元件的测量不准确，通常第一电源信号和第二电源信号都是连续施加，时间间隔很短，采用本实施例的测量电路，单次测试一般在几毫秒内就能完成，因此两次测试也在几十毫秒内即可完成，因此可以避免环境温度变化对测量结果的影响。

通过本实施例中提供的检测方法，采用了敏感元件正常情况下，其电压和电流成线性关系的原理，来检测传感器是否发生故障，采用该方法对传感器的故障进行检测时，检测效率更高，且检测结果也更加准确。

实施例二：

本实施例提供一种传感器故障检测电路，该感器包括用于感知被测量的敏感元件201，本实施例选用温度传感器，其敏感元件201为热敏电阻。如图2，该检测电路包括电源电路202。

其中，如图3，传感器1包括第一端和第二端，第一端串联有敏感元件，电源电路包括第一电源电路21、第二电源电路22、减法器电路3和微处理器。其中，第一电源电路和第二电源电路相同，均包括两个并联的电流源。第一电源电路21用于与传感器1的第一端连接，在微处理器的控制下输出第一电源信号和第二电源信号；第二电源电路用于与传感器的第二端连接，在微处理器的控制下输出第一电源信号和第二电源信号；减法器电路用于将传感器第一端的电压或电流与第二端的电压相减，输出对应的测量信号。

微处理器分别与第一电源电路21和第二电源电路22连接，用于通过第一电源电路21输出第一电源信号给传感器1的第一端，同时通过第二电源电路22输出第一电源信号给传感器1的第二端；由减法器电路3将传感器第一端的电压与第二端的电压相减后，得到第一测量信号；通过第一电源电路21输出第二电源信号给传感器1的第一端，同时通过第二电源电路输出第二电源信号给传感器1的第二端；由减法器电路将传感器第一端的电压与第二端的电压相减后，得到第二测量信号。

其中，采用本实施例中的电源电路，分别向敏感元件201施加第一电源信号和第二电源信号时，输出的第一测量信号和第二测量信号，其中，改变前是第一电源信号，此时减法器电路输出为第一测量信号，改变后是第二电源信号，此时减法器电路输出为第二测量信号。本实施例中输出的第一测量信号和第二测量信号为均为电压信号。其中，通过改变电流源的通断个数即可改变施加的电源信号的大小。最后根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障。根据电阻、电流和电压的线性关系，通过计算第一测量信号和第二测量信号之间的比值可以消除线阻等其他电阻的影响，精确的判断出传感器上的电压是否与电流成线性关系，进而判断出该传感器是否发生故障。

实施例三

本实施例提供一种传感器故障检测电路，其中，传感器包括敏感元件，例如热敏电阻，光敏电阻等，本实施例以温度传感器pt100为例，该传感器1包括的敏感元件为热敏电阻，该传感器1采用三线制接法，包括三个等效电阻r1、r2和r3，其分别表示传感器1中和热敏电阻连接的导线的线阻。如图3，该检测电路包括第一电源电路21、第二电源电路22、减法器电路3和微处理器。

其中，第一电源电路21和第二电源电路22相同，其均包括两个并联的电流源，且两个电源电路均包括一个控制端；控制端用于向第一电源电路21和第二电源电路22输入控制信号，控制第一电源电路21和第二电源电路22中电流源的通断。

第一电源电路21的一端通过第一等效电阻r1与敏感元件连接，另一端与减法器电路3的一个输入端连接，第二电源电路22的一端通过第二等效电阻r2与敏感元件连接，第二电源电路22的另一端与减法器电路3的另一个输入端连接。第三等效电阻r3的一端与敏感元件的第二端连接，另一端接地。其中，第一等效电阻r1、第二等效电阻r2和第三等效电阻r3的阻值相同。

其中，微处理器与第一电源电路21和第二电源电路22的控制端连接，用于控制第一电源电路21和第二电源电路22向敏感元件施加第一电源信号和第二电源信号。减法器电路3用于采集传感器1两端j1和j2端子处的电压差。具体的，当向敏感元件施加第一电源信号时，减法器电路3输出第一电压差v1，当向控制端发送控制信号，控制第一电源电路21和第二电源电路22中输出不同的电流时，即向敏感元件施加第二电源信号时，检测减法器电路3输出第二电压差v2。

进一步的，微处理器还用于接收减法器电路3输出的第一测量信号和第二测量信号，并根据第一测量信号和第二测量信号之间的比值、以及第一电源信号和第二电源信号之间的比值，判断传感器是否故障，具体的，微处理器接收到第一电压差v1和第二电压差v2后，判断第一测量信号与第二测量信号的比值是否等于第一电源信号和第二电源信号的比值，若是，则表示传感器正常，否则表示传感器故障。由于热敏电阻与电流、电压成线性关系，通过上述比值，即可消除第一等效电阻r1、第二等效电阻r2和第三等效电阻r3的影响，使得检测的结果更加准确。

进一步的，本实施例的检测电路还包括放大电路4，放大电路4的输入端与减法器电路3的输出端连接，用于接收减法器电路3输出的第一测量信号和第二测量信号并对其进行放大；微处理器还与放大电路4的输出端vs连接，用于接收放大后的第一测量信号和第二测量信号，然后进行上述对比判断。由于热敏电阻的阻值通常很小，因此检测得到的第一电压差v1(即第一测量信号)和第二电压差v2(即第二测量信号)也比较小，为了方便对比判断，需要对其进行放大，放大后的第一电压差v1和第二电压差v2更加有利于检测，使得判断的结果更加准确。

其中，减法器电路3和放大电路4均为电路领域常见的电路，此处不再赘述。如图3，本实施例选用的减法器电路3包括电阻r11、r12、r13、r14和减法器，其中，第一电源电路21的一端通过电阻r11与减法器的一个输入端连接，第二电源电路22的一端通过电阻r12与减法器的另一个输入端连接，电阻r14的一端与减法的另一个输入端连接，另一端与减法器的输出端连接，电阻r13的一端与减法器的一端连接，另一端接地。减法器电路3将传感器1第一端的电压与第二端的电压相减后，得到第一测量信号v1；通过第一电源电路21输出第二电源信号给传感器1的第一端，同时通过第二电源电路输出第二电源信号给传感器1的第二端；由减法器电路3将传感器第一端的电压与第二端的电压相减后，得到第二测量信号v2。

本实施例放大电路4包括放大器，放大器的输入与减法器的输出端连接，放大器的输出端与微处理器连接。

进一步的，本实施例的第一电源电路21和第二电源电路22上设有可控制通断开关，具体的，可以在第一电源电路21和第二电源电路22上每个电流源所在的电路上均设有一个可控制通断开关，该可控制通断开关与控制端连接，控制端与微处理器连接，用于接收微处理器的控制信号，控制可控制通断开关的通断，进而控制第一电源电路21和第二电源电路22输出的电流值的大小。

本实施例中，第一电源电路21包括电流源i1和i2，i1和i2并联，i1一端接地，另一端与接线端子j1连接，i2一端接地，另一端通过一个可控制通断开关与接线端子j1连接。第二电源电路22包括电流源i3和i4，i3和i4并联，i3一端接地，另一端与接线端子j2连接，i4一端接地，另一端通过一个可控制通断开关与接线端子j2连接。电流源i1和i3大小相同，电流源i2和i4大小相同。本实施例的可控制通断开关选择pnp型三极管，在电流源i2所在电路上连接三极管d1，该三极管d1的发射极与电流源i2的第一端连接，集电极与接线端子j1连接，基极通过基极电阻r15与微处理器连接。在电流源i4所在电路上连接有三极管d2，三极管d2的发射极与电流源i4的第一端连接，集电极与接线端子j2连接，基极通过基极电阻r16与微处理器连接。第一电源电路21的控制端为三极管d1的基极，该基极通过电阻r15与微处理器连接；第二电源电路22的控制端为三极管d2的基极，该基极通过电阻r16与微处理器连接。微处理器还用于向三极管d1和三极管d2的基极发送控制信号，控制三极管d1和三极管d2的通断，具体的，微处理器向控制端c1和c2输入高电平时，三极管d1和三极管d2关断，电流源i2和i4断开，微处理器向控制端c1和c2输入低电平时，三极管d1和三极管d2导通，电流源i2和i4接入，输入敏感元件的电流增大。

在实际测量时，将待测传感器的两端与该检测电路的接线端子j1、j2连接后，启动该检测电路，分别测的第一电压差v1和第二电压差v2后，微处理器通过判断第一电压差v1和第二电压差v2的比值是否等于第一电源信号i1和第二电源信号(i1+i2)的比值，若是，则表示传感器正常，否则表示传感器故障。例如微处理器输出1表示传感器正常，输出0表示该传感器故障。

其中，本实施例的微处理器选择mcu(微控制单元)。进一步的，在其他实施例中，在该检测电路还包括连接在mcu上的显示屏，mcu将表示传感器故障和正常的信号转换成对应的显示信号，在显示屏上显示，例如显示“故障”或者“正常”。

通过本实施例提供的检测电路来检测传感器是否发生故障，操作更加简单，检测效率更高，且根据电阻、电流和电压的线性关系，通过计算第一测量信号和第二测量信号之间的比值可以消除线阻等其他电阻的影响，精确的判断出传感器上的电压是否与电流成线性关系，进而判断出该传感器是否发生故障，使得检测结果更加准确。

实施例四

本实施例提供一种传感器故障检测器,如图4，该检测器包括绝缘壳体401，壳体401内设有电路板402，在电路板402上设有如上实施例2或3提供的检测电路。其中，其还包括设置在电路板上的两个接线端子j1和j2，两个接线端子j1和j2的一端分别与第一电源电路21和第二电源电路22连接，j1和j2的另一端分别用于连接待测传感器1的第一端和第二端，该接线端子j1和j2与传感器1连接的一端设置在绝缘壳体外。

进一步的，该检测器还包括显示屏405，该显示屏405与mcu404连接，用于显示mcu404输出的测量信号。

进一步的，该检测器还包括可充电电池403，电池403设置在壳体401内并与电路板402连接，用于向电路板402供电，电池403的充电接口406设置在壳体外。

在其他实施例中，该检测器还包括供电接口，供电接口设置在电路板上，用于向电路板供电。

该检测器体积下，可方便携带，可以随时对待检测传感器进行检测，检测时操作简单、检测效率高，且检测结果准确。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。