本发明专利技术涉及一种电压型传感器通路故障检测方法，所述方法包括以下步骤：根据电压型传感器的输出量程和线缆特性，选择并确定检测电路中运算放大器的供电电源等级，以确定脉冲信号可能输出的最大幅值；根据默认设置输出脉冲信号，进行通路衰耗评估，通过调整脉冲宽度和脉冲幅值，确保叠加信号和传感器等效电路的有效匹配；对通路中的背景噪声能量进行评估，当电压型传感器为有效输出时，完成有效信号的能量评估，并减去背景噪声能量信号的能量；经A/D采用和背景噪声能量信号能量相减后，进行初步的通路能量判断。本发明专利技术可实现对各类电压型传感器的通路状态检测，具有普遍应用价值，减少了重复开发。了重复开发。了重复开发。
【技术实现步骤摘要】
一种电压型传感器通路故障检测方法、系统、设备及计算机可读介质
[0001]本专利技术涉及电压型传感器通路故障检测
，尤其涉及一种电压 型传感器通路故障检测方法、系统、设备及计算机可读介质。
技术介绍
[0002]传感器是各种控制系统的输入来源，各种传感器，尤其是电压型输 出的传感器在各行各业都得到了广泛的应用。温度、湿度、压力、速度、 加速度、气体浓度、元素含量等要素的检测，都是通过专用的电学、力 学、物理学、化学等原理将被采集对象的程度转换为电压信号。因此，对 电压型传感器的检测可通过对其输出电压的特性分析进行状态判断。
[0003]不同种类的电压型传感器，其输出电压的范围、负载能力都有很大 的变化范围，对这类传感器进行通用方法的检测需要有自适应的参数调整 能力才能覆盖各种性能。
[0004]电压型传感器通常安装在相对恶劣的工作环境中，需要进行实时检 测已确保其稳定性和质量状态，其中通路故障检测就是最直接的方法。传 感器前端转换故障、电气输出部分故障，或者传输线缆故障，都会表现为 通路故障。尤其对于长期处于静态、输出为零电压的传感器更需要定期检 测，以避免在激活采集时才发现故障，直接影响系统工作。
[0005]由于存在上述特定情形和场景，目前的电压型传感器通路故障检测 方法存在以下问题：
[0006]1)在很多场景中，仅仅当动态采集状态下，传感器有电压输出 时，通过对其电压值有效范围进行识别以判断传感器是否为正常或故障状 态；当传感器输出为零电压时，无法判断其处于静态采集还是通路故障状 态。
[0007]2)对各类电压型传感器分别采用专门的电路进行检测，通过叠加直 流电压或者交流电压再进行回采以判断通路是否正常。这种方式下需要针 对传感器参数进行定制化的硬件和软件设计，开发工作量大。
[0008]各种专用检测电路成本较高，而且当检测电路本身失效时往往会影 响正常的电压采集，反而带来质量问题且排查和定位困难，整体性价比较 低。
技术实现思路
[0009]为了现有技术存在的上述技术缺陷，本专利技术提供一种电压型传感器通 路故障检测方法、系统、设备及计算机可读介质，用于为电压型传感器的 通路状态检测提供一种通用的、低成本的解决方法与装置，重点针对各种 应用场景下的传感器进行统一的质量管理和故障管理，可以有效解决背景 技术中的问题。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的电压型传感器通路故障检测方 法、系统及计算机可读介质的技术方案具体如下：
[0011]第一方面，本专利技术实施例公开了一种电压型传感器通路故障检测方 法，所述方法包括以下步骤：
[0012]根据电压型传感器的输出量程和线缆特性，选择并确定检测电路中运 算放大器的供电电源等级，以确定脉冲信号可能输出的最大幅值；
[0013]根据默认设置输出脉冲信号，进行通路衰耗评估，通过调整脉冲宽度 和脉冲幅值，确保叠加信号和传感器等效电路的有效匹配；
[0014]对通路中的背景噪声能量进行评估，当电压型传感器为有效输出时， 完成有效信号的能量评估，并减去背景噪声能量信号的能量；
[0015]经A/D采用和背景噪声能量信号能量相减后，进行初步的通路能量判 断，在初步判断通过后，利用标准脉冲信号和检测脉冲信号进行自相关计 算以确保脉冲特性一致，并进行多次重复采样和判断以排除外部的偶发脉 冲干扰。
[0016]在上述任一方案中优选的是，所述的电压型传感器通路故障检测方 法，所述脉冲信号通过CPU数字量输出引脚产生，脉冲信号经直流滤波后 由运算放大器进行增益调整，调整倍数由CPU控制数字电阻实现。
[0017]在上述任一方案中优选的是，所述的电压型传感器通路故障检测方 法，所述脉冲信号经增益调整后通过电容去耦合，送入信号变压器，将脉 冲信号通过信号变压器磁隔离之后叠加到电压型传感器的输出通路中，电 压型传感器转换后输出采集量对应的电压值。
[0018]在上述任一方案中优选的是，所述的电压型传感器通路故障检测方 法，所述数字电阻包括256个挡位，CPU通过数字量输出产生上升沿调整 挡位，每个挡位代表不同的阻值，也对应不同的放大倍数。
[0019]在上述任一方案中优选的是，所述的电压型传感器通路故障检测方 法，所述脉冲宽度为10us，幅值为50％电压型传感器满量程的脉冲信号为 默认设置的叠加信号，叠加信号经通路衰耗后幅值降低，在1～10us内调 整脉冲宽度，在50～80％满量程内调整脉冲信号的幅值，以确保返回到采 集端的脉冲信号峰峰值≥发生端幅值的70％。
[0020]在上述任一方案中优选的是，所述的电压型传感器通路故障检测方 法，所述A/D转换获取到采样数据，通过积分算法计算通路中的背景噪声 能量，并将通路中存在的白噪声能量减去，所述通路中的白噪声能量通过 均方根计算求出某一时段或者某一频段的白噪声能量，若剩余的能量值小 于门限值则判定为通路故障，若大于门限值则进行下一步的自相关计算。
[0021]在上述任一方案中优选的是，所述的电压型传感器通路故障检测方 法，所述自相关计算包括以下步骤：
[0022]将通路衰耗评估后的脉冲信号作为初始信号，将采集到的通路脉冲信 号作为相关对象信号；
[0023]通过幅值门限触发、极值查找方法确定通路脉冲信号的峰值位置，将 两个信号的峰值对齐进行自相关计算，得到能量峰值；
[0024]若电压型传感器长时间工作在有效输出状态，根据输出的转换电压信 号幅值调整叠加脉冲信号的幅值，确保求和之后的电压≤满量程。
[0025]在上述任一方案中优选的是，所述的电压型传感器通路故障检测方 法，所述自相关计算还包括：
[0026]定义初始基准脉冲信号为s(t)，在通路传输中延迟后的脉冲信号为 s(t
‑
τ)，则自相关函数如下：
[0027]其中t0,t1表示脉冲信号的时域起点和终点时刻， 连续信号经数字采样后，根据采样率，脉冲宽度体现为n个采样点，定义 初始基准脉冲信号为s(k),k＝1,2,...n，在通路传输中延迟后的脉冲信号经过 门限捕获和峰值查询后，定位为g(k),k＝1,2,...n，则实际软件实现中的自相 关计算如下：
[0028]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0029]该检测方法与装置具有失效－安全特性，数字输出器件、电阻、电 容、运算放大器等器件的单个失效只会导致无脉冲信号或脉冲信号叠加失 败，不会影响传感器本身的通路特性。且当存在单个器件失效时装置可根 据软件判断快速识别，从而可进行实时更换和维修，确保可用性。
[0030]本专利技术所阐述的针对电压型传感器的高性价比通路故障检测方法与装 置，不仅适用于长时间待机、定期转换的场景；也适用于长时间持续转换 的工作模式。在所有电压型传感器的应用行业，当其电压幅值在小于36V 的安全电压范围内，电压传输损耗小于5V即电缆布线长度小于100米的 场景，都可以采用该方法，因此，具有本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电压型传感器通路故障检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：根据电压型传感器的输出量程和线缆特性，选择并确定检测电路中运算放大器的供电电源等级，以确定脉冲信号可能输出的最大幅值；根据默认设置输出脉冲信号，进行通路衰耗评估，通过调整脉冲宽度和脉冲幅值，确保叠加信号和传感器等效电路的有效匹配；对通路中的背景噪声能量进行评估，当电压型传感器为有效输出时，完成有效信号的能量评估，并减去背景噪声能量信号的能量；经A/D采用和背景噪声能量信号能量相减后，进行初步的通路能量判断，在初步判断通过后，利用标准脉冲信号和检测脉冲信号进行自相关计算以确保脉冲特性一致，并进行多次重复采样和判断以排除外部的偶发脉冲干扰。2.根据权利要求1所述的电压型传感器通路故障检测方法，其特征在于，所述脉冲信号通过CPU数字量输出引脚产生，脉冲信号经直流滤波后由运算放大器进行增益调整，调整倍数由CPU控制数字电阻实现。3.根据权利要求2所述的电压型传感器通路故障检测方法，其特征在于，所述脉冲信号经增益调整后通过电容去耦合，送入信号变压器，将脉冲信号通过信号变压器磁隔离之后叠加到电压型传感器的输出通路中，电压型传感器转换后输出采集量对应的电压值。4.根据权利要求3所述的电压型传感器通路故障检测方法，其特征在于，所述数字电阻包括256个挡位，CPU通过数字量输出产生上升沿调整挡位，每个挡位代表不同的阻值，也对应不同的放大倍数。5.根据权利要求4所述的电压型传感器通路故障检测方法，其特征在于，所述脉冲宽度为10us，幅值为50％电压型传感器满量程的脉冲信号为默认设置的叠加信号，叠加信号经通路衰耗后幅值降低，在1～10us内调整脉冲宽度，在50～80％满量程内调整脉冲信号的幅值，以确保返回到采集端的脉冲信号峰峰值≥发生端幅值的70％。6.根据权利要求5所述的电压型传感器通路故障检测方法，其特征在于，所述A/D转换获取到采样数据，通过积分算法计算通路中的背景噪声能量，并将通路中存在的白噪声能量减去，所述通路中的白噪声能量通过均方根计算求出某一时段或者某一频段的白噪声能量，若剩余的能量值小于门限值则判定为通路故障，若大于门限值则进行下一步的自相关计算。7.根据权利要求6所述的电压型传感...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭毅，
申请(专利权)人：湖南皓天信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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