一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统及诊断方法技术方案

本发明专利技术公开了一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统，包括硬件部分和软件部分，硬件部分主要包括ARM9嵌入式芯片，软件部分主要包括ARM9嵌入式芯片搭载的计算程序，硬件部分还包括与ARM9嵌入式芯片相连接的存储单元、以太网控制处理器、液晶控制处理器和按键控制处理器，ARM9嵌入式芯片还具有串口电路，所述以太网控制处理器具有以太网接口，液晶控制处理器通过液晶控制驱动电路连接有液晶显示器，按键控制处理器通过整形保护电路连接有触摸按键；本系统研制出了基于故障树理论与灰色关联分析法的降雨量传感器故障诊断方法，并对其进行诊断试验，经试验结果表明，所设计的系统及故障诊断方法实现了降水量传感器故障的快速准确诊断。确诊断。确诊断。

【技术实现步骤摘要】
一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统及诊断方法


[0001]本专利技术涉传感器检测技术，具体是一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统及诊断方法。

技术介绍

[0002]降雨量是气象、水文、防汛等领域重要参数，该参数主要通过降雨量传感器来实时测量获取；降雨量传感器是一种感知降雨量信息的气象传感器，按照工作原理可分为：翻斗式、称重式、超声波式、红外式等。
[0003]目前气象站业务化运行的传感器主要为翻斗式降雨量传感器，翻斗式降雨量传感器主要有传感单元、测控单元以及电源模块等部分组成；其中传感单元主要包括承水器、上翻斗、汇集漏斗、计量翻斗、计数翻斗、干簧管；测控单元主要包括采集器、记录器、数据处理；其工作原理是雨水先通过承水器汇集，再经过汇集漏斗依次流入上翻斗和计量翻斗；当计量翻斗内的雨水积满后便翻转一次，将雨水倒进计数翻斗；计数翻斗每进行一次翻转，产生一个脉冲信号；测控单元通过记录器对脉冲信号进行记录，再通过采集器对记录结果采集、数据处理，计算后得到分钟、小时、天降雨量及降雨强度，并存储、显示及输出数据。
[0004]翻斗式降雨量传感器根据工程应用经验对故障及原因整理如下：(1)传感器不计数：进水口堵住、翻斗被卡死、干簧管损坏、磁钢失效、电路板损坏和数据线断损等；(2)传感器少计数：翻斗部件底部不水平、翻斗破损、翻斗内有污垢；(3)传感器多计数：干簧管粘连、电磁干扰、数据线短路；(4)记录器故障：导线脱焊、继电器触点接触不良、电磁铁棘轮卡住、消火花电容或磁铁线圈短路、同步齿形带松紧不合适、笔架长槽不光滑、阻尼杆与阻尼管口不垂直；(5)采集器故障：主板损坏、电源板损坏、采集器连接电缆接触不良以及液晶屏线路接触不良；(6)阶梯记录线条的上升拖尾巴超过1mm长度：履带轮内两弹簧弹性不平衡、履带变松；(7)无降水天气现象出现降水记录：雨量传感器固定松动、电缆接触不良、清洗雨量器故障；(8)通信故障：天线损坏以及线路接触不良；(9)无电压：稳压电源损坏、电源接插件接触不良；(10)电压低：干电池失效。
[0005]由于降雨量参数是气象预报、防灾减灾及计算区域水资源的重要依据，因此，降雨量传感器在使用过程中发生故障时需及时快速修复；但是，目前在气象领域中业务化应用的翻斗式降雨量传感器出现的故障类型多样，需要专业人员进行维修，而且对专业维修人员的专业知识以及维修经验要求较高，当前主要依靠人工检测与排查的手段对降雨量传感器进行故障诊断与维修，故障诊断难度大、维修效率低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统及诊断方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统，包括硬件部分和软件部分，硬件部分
主要包括ARM9嵌入式芯片，软件部分主要包括ARM9嵌入式芯片搭载的计算程序，硬件部分还包括与ARM9嵌入式芯片相连接的存储单元、以太网控制处理器、液晶控制处理器和按键控制处理器，ARM9嵌入式芯片还具有串口电路，所述以太网控制处理器具有以太网接口，液晶控制处理器通过液晶控制驱动电路连接有液晶显示器，按键控制处理器通过整形保护电路连接有触摸按键，专家系统故障知识库、规则库及推理机、解释器均以数据库的方式和程序模块的方式存储在存储单元。
[0009]所述存储单元包括动态随机存储器和Flash存储器。
[0010]系统的诊断方法包括以下几个步骤：软件设计步骤和判断步骤。
[0011]其中软件设计步骤包括知识获取、故障树建立与简化、知识库构建和推理机设计。
[0012]知识获取主要包括a、通过工程经验整理、调研资料、文献研究中总结出相关的领域知识；b、从降雨量传感器的结构图、电路图中分析获得故障的知识。
[0013]故障树建立与简化，首先将翻斗式降雨量传感器中故障事件作为顶事件，寻找出直接致使该事件发生的所有原因作为中间事件，其中包括软硬件因素、环境因素以及人为因素等等；接着再向下寻找导致该层中每一个中间事件发生的所有的直接原因，以此类推，直至寻找到导致事故发生的基本原因，基本原因即为故障树中的底事件；最后利用逻辑图来表示出所有事件之间的逻辑关系；故障树建立和简化后，进行灰色关联度获取，通过灰色关联分析法并结合故障树理论可以直观的反映出各个故障原因产生的影响程度大小。
[0014]灰色关联分析法先确定一个参考数列，再计算出参考数列与比较数列之间的灰色关联度的数值关系，根据灰色关联度的数值关系判断出故障原因对顶事件影响程度的大小，具体包括：1)待检模式向量及特征矩阵，包括(1)待检模式向量；(2)特征矩阵；2)关联度计算，包括(1)无量刚化处理；(2)差序列的计算与两级最大差和两级最小差；(3)灰色关联度。
[0015]知识库构建利用产生式规则来表示出故障信息进行构建，包括基于产生式规则的知识表示和知识库建立。
[0016]推理机设计，结合降雨量传感器故障的特点，选用反向推理的方法进行推理机的设计，在推理前，提出假设目标，根据该假设目标从知识库中调取规则来搜索出与之相对应的故障知识，在推理时，按照条件库表中灰色关联度由高到低的顺序依此匹配故障原因。
[0017]判断步骤为：触摸按键启动计算程序并进行初始化后等待中断判断后进行故障诊断，在故障诊断时，调用存储单元中预先存储的故障树知识库，然后通过ARM9嵌入式芯片搭载的计算程序进行计算，然后反馈数据内容，并且在通过触摸按键进行计算程序的启动时，会同步进行使用者身份的判断，并通过身份判断反馈进行中断判断的处理，即身份不合法时，计算程序中断。
[0018]作为本专利技术的优选方案：所述ARM9嵌入式芯片还具有独立的时钟电路和电源模块。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本系统研制出了基于故障树理论与灰色关联分析法的降雨量传感器故障诊断方法，并对其进行诊断试验，经试验结果表明，所设计的系统及故障诊断方法实现了降水量传感器故障的快速准确诊断。
附图说明
[0020]图1为本专利技术系统的电路原理图。
[0021]图2为本专利技术系统的工作流程图。
[0022]图3为本专利技术系统中采用的降雨量传感器故障树图。
[0023]图4为本专利技术系统中故障系统的分析推理流程图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统，包括硬件部分和软件部分，其特征在于，硬件部分主要包括ARM9嵌入式芯片，软件部分主要包括ARM9嵌入式芯片搭载的计算程序，硬件部分还包括与ARM9嵌入式芯片相连接的存储单元、以太网控制处理器、液晶控制处理器和按键控制处理器，ARM9嵌入式芯片还具有串口电路，所述以太网控制处理器具有以太网接口，液晶控制处理器通过液晶控制驱动电路连接有液晶显示器，按键控制处理器通过整形保护电路连接有触摸按键，专家系统故障知识库、规则库及推理机、解释器均以数据库的方式和程序模块的方式存储在存储单元。2.根据权利要求1所述的一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统，其特征在于，所述存储单元包括动态随机存储器和Flash存储器。3.一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统的诊断方法，采用权利要求1或2中所述的系统，其特征在于，包括以下几个步骤：软件设计步骤和判断步骤。4.根据权利要求3所述的一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统的诊断方法，其特征在于，所述软件设计步骤包括知识获取、故障树建立与简化、知识库构建和推理机设计。5.根据权利要求4所述的一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统的诊断方法，其特征在于，知识获取主要包括a、通过工程经验整理、调研资料、文献研究中总结出相关的领域知识；b、从降雨量传感器的结构图、电路图中分析获得故障的知识。6.根据权利要求5所述的一种翻斗式降雨量传感器的故障诊断系统的诊断方法，其特征在于，故障树建立与简化，首先将翻斗式降雨量传感器中故障事件作为顶事件，寻找出直接致使该事件发生的所有原因作为中间事件，其中包括软硬件因素、环境因素以及人为因素等等；接着再向下寻找导致该层中每一个中间事件发生的所有的直接原...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆随平，王尼，崔天刚，王中秋，张志伟，程曦，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：