一种温度传感器自检装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种温度传感器自检装置及方法，对列车在正常情况下的温度数据序列进行差分处理得到分段标准差序列，并通过对标准差序列进行统计分析得到异常检测阈值；对实时输入温度数据序列进行差分处理得到分段标准差序列；基于阈值及标准差序列判断分段温度差值序列是否存在异常；如果某段分段标准差序列大于或等于阈值，则判断该段温度差值序列存在异常，并进入下一步，否则传感器正常；判断存在异常的某段温度差值序列与正常基准序列及前一相邻时段温度差值序列的分布一致性；如果存在一致性，则判断传感器正常，如果否，则传感器异常。本发明专利技术能解决现有技术无法对温度传感器进行快速、有效的自检，不能保障列车安全、高效运行的技术问题。

A Temperature Sensor Self-Inspection Device and Method

The invention provides a temperature sensor self-checking device and method, which differentiates the train temperature data sequence under normal conditions to obtain the subsection standard deviation sequence, and obtains the abnormal detection threshold through statistical analysis of the standard deviation sequence; differentiates the real-time input temperature data sequence to obtain the subsection standard deviation sequence; and judges the subsection standard deviation sequence based on the threshold and the standard deviation sequence. If the segment standard deviation sequence is greater than or equal to the threshold value, then the abnormal temperature difference sequence of a segment is judged and the next step is taken, otherwise the sensor is normal; the distribution consistency of the abnormal temperature difference sequence of a segment with the normal reference sequence and the previous adjacent period is judged; if there is consistency, then the temperature difference sequence of a segment with the normal reference sequence is judged. Determine that the sensor is normal and if not, the sensor is abnormal. The invention can solve the technical problems that the existing technology can not carry out rapid and effective self-inspection of the temperature sensor and can not guarantee the safe and efficient operation of the train.

【技术实现步骤摘要】
一种温度传感器自检装置及方法
本专利技术涉及故障诊断
，尤其是涉及一种应用于列车温度传感器的自检装置及方法。
技术介绍
温度传感器是列车传动、控制、走行部等各个系统的重要部件之一，担负着全车与温度有关的关键部件的监测和感知功能，是保障设备安全、正常运行的核心装置，是整个列车的监测的关键指标之一。通常，在大多数情况下本领域技术人员关注的是传感器所监测对象的运行情况，而较少考虑监测者和温度传感器(系统)本身内在联系的问题。事实上，同样作为一个装置，温度传感器必然存在故障的可能。当传感器所测得的温度值出现异常时，通常无法完全肯定该异常是所测对象真实发生了问题，还是传感器或通信系统出现了异常。如果是真实的测量对象异常，则需要采取紧急列车安全应对措施，如降功率或停车检修等。然而，如果是因为传感器(系统)异常，采取紧急应对措施则会大量增加运维成本，甚至于在某些情况下还可能导致安全问题的发生。因此，在实际应用时必然需要解决一个问题，那就是如何确保温度传感器本身工作的正常性，或者换一种说法，即如何确定出现的异常温度值是是否是传感器本身的异常导致的。基于以上问题，当前所需要解决的技术关键就在于采用何种方式来发现温度传感器本身是否正常，其中，包括：如何利用与温度传感器相关的信息和数据来有效鉴别异常源头，实现有效预警，以及如何通过额外加装传感器或依靠现有的数据实现异常判别。目前，关于检查传感器本身运行状态的研究和应用很多，其中针对温度传感器异常与否的检测手段也有很多，有通过检测传感器电压、电流情况来判断传感器工作状态的，有结合专业知识设定温度阈值来判断传感器工作状态的，也有通过在相似位置加装传感器，对比两个或多个温度值的变化来判断传感器工作状态的。但是，这些现有的温度传感器检测方法均存在着或是判断结果不准确，存在误判、漏判等情况，或是需要专业人员利用专业知识进行判断，应用场合和领域受到限制，或是需要加装额外的装置，导致系统复杂度增加等各种技术缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种温度传感器自检装置及方法，以解决现有列车系统无法对温度传感器进行快速、有效的自检，进而不能保障列车安全、高效运行的技术问题。为了实现上述目的，本专利技术具体提供了一种温度传感器自检装置的技术实现方案，温度传感器自检装置，包括：异常检测阈值计算模块，用于对列车在正常运行情况下传感器所测的温度数据序列T进行差分处理得到温度差值序列δT的分段标准差序列Θ，并通过对标准差序列Θ进行统计分析得到异常检测阈值K；关键特征值提取模块，用于对实时输入的传感器所测温度数据序列t进行差分处理得到温度差值序列δt的分段标准差序列η；第一异常检测模块，用于根据所述异常检测阈值计算模块输出的异常检测阈值K，及所述关键特征值提取模块输出的标准差序列η判断分段温度差值序列δt是否存在异常；如果某段温度差值序列δt的分段标准差序列η大于或等于异常检测阈值K，则判断该段温度差值序列δt存在异常，并输出该段存在异常的温度差值序列δt，否则判断传感器正常；一致性检验模块，用于对所述第一异常检测模块输出存在异常的温度差值序列δt与正常基准序列及前一相邻时间段温度差值序列δt进行分布一致性检验；第二异常检测模块，用于判断所述一致性检验模块输出的分布一致性检验发生概率P值是否小于设定标准，如果小于设定标准，则输出传感器异常预警信号，否则传感器正常。进一步的，所述异常检测阈值计算模块获取正常情况下列车某部位运行过程中传感器所测的温度数据序列T，按单位时间ΔT计算温度差值序列δT。对单位时间内的温度差值序列δT按相同时长T1分段，计算每段温度差值序列δT的标准差θi，并形成标准差序列Θ。分析标准差序列Θ的分布情况，并计算标准差序列Θ的均值μ和标准差σ，按照发生概率的原则构建列车该部位对应的异常检测阈值K。其中，θ为温度差值序列δT的标准差。其中，ωi为加权系数，此处xi为样本值，n为样本数。进一步的，所述关键特征值提取模块获取实时输入传感器所测的温度数据序列t，按单位时间Δt计算温度差值序列δt，对单位时间内的温度差值序列δt按相同时长T2分段，计算每段温度差值序列δt的标准差，并形成标准差序列η。进一步的，所述一致性检验模块通过比较异常检测阈值K和标准差序列η发现列车运行过程中某段温度差值序列δt出现疑似异常的数据后，记录该段异常温度差值序列δt的信息，并获取该段温度差值序列xt及其前一相邻时间段的温度差值序列yt，同时获取相同时间段列车其它相似位置传感器所测的温度差值序列z1t,…,znt，并就疑似异常的温度差值序列xt分别与前一相邻时间段的温度差值序列yt，及其它相似位置传感器所测的温度差值序列{z1t,…,znt}逐一地进行K-S分布检验。进一步的，所述一致性检验模块在判断待检验温度差值序列xt与前一相邻时间段的温度差值序列yt，及其它相似位置传感器所测的温度差值序列{z1t,…,znt}的分布一致性时，通过检验序列间经验分布函数的最大差距值D来确定温度差值序列xt的显著性。当实际计算所得的最大差距值D大于某一设定标准值，或最大差距值D所对应的分布概率P值小于某一设定标准值时，则两个温度差值序列之间不具备一致性。其中，温度差值序列xt的样本量为n1，温度差值序列yt,z1t,…,znt中任一差值序列的样本量为n2，F1(x)和F2(x)分别表示两个样本的累积经验分布函数，j为温度差值序列分段标识，x为样本。记Dj＝F1(xj)-F2(xj)，代表Dj绝对距离的最大值。检验统计量Z近似于正态分布，其表达式为：当零假设为真时，Z依密度分布d收敛于K分布，即当样本取自一维连续分布F时，为取B(F(x))绝对距离的最大值，x为样本。经验分布函数B(t)为：其中，x为自变量，i为自然数。本专利技术还另外具体提供了一种温度传感器自检方法的技术实现方案，温度传感器自检方法，包括以下步骤：S10)对列车在正常运行情况下传感器所测的温度数据序列T进行差分处理得到温度差值序列δT的分段标准差序列Θ，并通过对标准差序列Θ进行统计分析得到异常检测阈值K；S20)对实时输入的传感器所测温度数据序列t进行与步骤S10)相同的差分处理得到温度差值序列δt的分段标准差序列η；S30)基于步骤S10)得到的异常检测阈值K及步骤S20)得到的标准差序列η判断分段温度差值序列δt是否存在异常；如果某段温度差值序列δt的分段标准差序列η大于或等于异常检测阈值K，则判断该段温度差值序列δt存在异常，并进入步骤S40)，否则判断传感器正常；S40)判断步骤S30)中存在异常的某段温度差值序列δt与正常基准序列及前一相邻时间段温度差值序列δt的分布一致性；如果存在一致性，则判断传感器正常，如果不存在一致性，则判断传感器异常。进一步的，所述步骤S10)进一步包括：S11)选取正常情况下列车某部位运行过程中传感器所测的温度数据序列T，按单位时间ΔT计算温度差值序列δT；S12)对单位时间内的温度差值序列δT按相同时长T1分段，计算每段温度差值序列δT的标准差θi，并形成标准差序列Θ；S13)分析标准差序列Θ的分布情况，并计算标准差序列Θ的均值μ和标准差σ，按照发生概率的原则构建列车该部位对应的异常检测阈值K；其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温度传感器自检装置，其特征在于，包括：异常检测阈值计算模块(1)，用于对列车在正常运行情况下传感器所测的温度数据序列T进行差分处理得到温度差值序列δT的分段标准差序列Θ，并通过对标准差序列Θ进行统计分析得到异常检测阈值K；关键特征值提取模块(2)，用于对实时输入的传感器所测温度数据序列t进行差分处理得到温度差值序列δt的分段标准差序列η；第一异常检测模块(3)，用于根据所述异常检测阈值计算模块(1)输出的异常检测阈值K，及所述关键特征值提取模块(2)输出的标准差序列η判断分段温度差值序列δt是否存在异常；如果某段温度差值序列δt的分段标准差序列η大于或等于异常检测阈值K，则判断该段温度差值序列δt存在异常，并输出该段存在异常的温度差值序列δt，否则判断传感器正常；一致性检验模块(4)，用于对所述第一异常检测模块(3)输出存在异常的温度差值序列δt与正常基准序列及前一相邻时间段温度差值序列δt进行分布一致性检验；第二异常检测模块(5)，用于判断所述一致性检验模块(4)输出的分布一致性检验发生概率P值是否小于设定标准，如果小于设定标准，则输出传感器异常预警信号，否则传感器正常。

【技术特征摘要】
1.一种温度传感器自检装置，其特征在于，包括：异常检测阈值计算模块(1)，用于对列车在正常运行情况下传感器所测的温度数据序列T进行差分处理得到温度差值序列δT的分段标准差序列Θ，并通过对标准差序列Θ进行统计分析得到异常检测阈值K；关键特征值提取模块(2)，用于对实时输入的传感器所测温度数据序列t进行差分处理得到温度差值序列δt的分段标准差序列η；第一异常检测模块(3)，用于根据所述异常检测阈值计算模块(1)输出的异常检测阈值K，及所述关键特征值提取模块(2)输出的标准差序列η判断分段温度差值序列δt是否存在异常；如果某段温度差值序列δt的分段标准差序列η大于或等于异常检测阈值K，则判断该段温度差值序列δt存在异常，并输出该段存在异常的温度差值序列δt，否则判断传感器正常；一致性检验模块(4)，用于对所述第一异常检测模块(3)输出存在异常的温度差值序列δt与正常基准序列及前一相邻时间段温度差值序列δt进行分布一致性检验；第二异常检测模块(5)，用于判断所述一致性检验模块(4)输出的分布一致性检验发生概率P值是否小于设定标准，如果小于设定标准，则输出传感器异常预警信号，否则传感器正常。2.根据权利要求1所述的温度传感器自检装置，其特征在于：所述异常检测阈值计算模块(1)获取正常情况下列车某部位运行过程中传感器所测的温度数据序列T，按单位时间ΔT计算温度差值序列δT；对单位时间内的温度差值序列δT按相同时长T1分段，计算每段温度差值序列δT的标准差θi，并形成标准差序列Θ；分析标准差序列Θ的分布情况，并计算标准差序列Θ的均值μ和标准差σ，按照发生概率的原则构建列车该部位对应的异常检测阈值K；其中，θ为温度差值序列δT的标准差；其中，ωi为加权系数，此处xi为样本值，n为样本数。3.根据权利要求1或2所述的温度传感器自检装置，其特征在于：所述关键特征值提取模块(2)获取实时输入传感器所测的温度数据序列t，按单位时间Δt计算温度差值序列δt，对单位时间内的温度差值序列δt按相同时长T2分段，计算每段温度差值序列δt的标准差，并形成标准差序列η。4.根据权利要求3所述的温度传感器自检装置，其特征在于：所述一致性检验模块(4)通过比较异常检测阈值K和标准差序列η发现列车运行过程中某段温度差值序列δt出现疑似异常的数据后，记录该段异常温度差值序列δt的信息，并获取该段温度差值序列xt及其前一相邻时间段的温度差值序列yt，同时获取相同时间段列车其它相似位置传感器所测的温度差值序列z1t，…，znt，并就疑似异常的温度差值序列xt分别与前一相邻时间段的温度差值序列yt，及其它相似位置传感器所测的温度差值序列{z1t，…，znt}逐一地进行K-S分布检验。5.根据权利要求1、2或4任一项所述的温度传感器自检装置，其特征在于：所述一致性检验模块(4)在判断待检验温度差值序列xt与前一相邻时间段的温度差值序列yt，及其它相似位置传感器所测的温度差值序列{z1t，…，znt}的分布一致性时，通过检验序列间经验分布函数的最大差距值D来确定温度差值序列xt的显著性；当实际计算所得的最大差距值D大于某一设定标准值，或最大差距值D所对应的分布概率P值小于某一设定标准值时，则两个温度差值序列之间不具备一致性；其中，温度差值序列xt的样本量为n1，温度差值序列yt，z1t，…，znt中任一差值序列的样本量为n2，F1(x)和F2(x)分别表示两个样本的累积经验分布函数，j为温度差值序列分段标识，x为样本；记Dj＝F1(xj)-F2(xj)，代表Dj绝对距离的最大值；检验统计量Z近似于正态分布，其表达式为：当零假设为真时，Z依密度分布d收敛于K分布，即当样本取自一维连续分布F时，为取B(F(x))绝对距离的最大值，x为样本；经验分布函数B(t)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘邦繁，张慧源，李晨，孙木兰，褚金鹏，刘昕武，刘雨聪，熊敏君，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43