舰用压力测量系统故障诊断方法研究

针对舰员进行舰艇现场修理的需求,开展了舰用压力测量系统的故障诊断研究;分析了其基本组成和实装布置,归纳总结了常发生的典型故障,结合舰员级修理的特点,进行了详细的故障诊断需求分析;针对信号处理电路模块故障、压力传感器故障、压力测量通道接线故障3种典型故障类型,分别制定了具体的故障诊断方案;在故障诊断方案的基础上,基于虚拟仪器思想开展了故障诊断系统的硬件、软件设计;在通用硬件平台的基础上,为实现不同诊断对象的诊断,分别设计了相应的接口电路和信号调理电路;利用LabVIEW作为开发软件,编写了各故障类型的故障诊断子程序;软硬件联合调试结果表明,该故障诊断装置界面直观、操作简单、功能完善.     

硅压阻压力传感器在地下水监测中的应用

154N型硅压阻压力传感器具有结构紧凑、性能可靠等优点,被广泛应用于低压力监测场合.该传感器内部具有温度补偿电路以及经过激光调整的增益调节电阻,使得信号调理变得简单易行.为检测该传感器及其调理电路的性能,在同一套调理电路中分别应用了相同型号的四只传感器,以记录每只传感器在相同压力值的信号输出,并计算确定每只传感器的输出信号随压力变化的相关系数.通过对比四只传感器的相关系数,验证了传感器及其应用电路适用于液位测量.     

自确认压力传感器硬件平台设计

自确认压力传感器是一种不仅能输出压力测量值,并且能对其自身工作状态进行在线评估的新型压力传感器。系统利用TMS320F2812和TMS320C6713组成双处理器系统,完成对自确认压力传感器八路信号的同步采集和信号调理,然后利用DSP实现传感器的故障检测、诊断、自确认参数计算等复杂运算,将确认的测量值,测量值确认的不确定度,传感器状态输出给上位机或用户。实验结果表明,该系统实现了自确认压力传感器的各项功能,通过修改DSP软件部分,可以应用于其他传感器信号的数据采集与处理。     

可用于低转速测量的锑化铟齿轮转速传感器设计

对锑化铟铟共晶薄膜磁阻元件的齿轮转速传感器电路进行了研究。提出了磁阻三端式信号采集电路和阻容耦合放大的信号处理电路。实验证明：这种信号采集电路输出的信号约是两端型的输出的两倍;传感器的检测距离为≤5mm;传感器能够实现对低转速的测量,检测工作频率2～5kHz之间。     

信息融和在压力传感器中的实现

针对扩散硅压力传感器在相同的输入压力下,不同的环境温度会出现不同的输出值的问题,提出了二传感器信息融合的处理方法.通过Matlab对热零点漂移数据的分析,推导出传感器压力的解析表达式.在融合了温度传感器的测量结果后,得出带温度参数的输出信号的拟合表达式,提高了测量的精度.     

一种硅谐振压力传感器敏感芯体的特性测试

针对某型硅谐振压力传感器的压力敏感芯体,主要测试了该压力敏感芯体的幅频特性、相频特性、对气压的响应、对直流偏置电压的响应等关键特性,从而结合自激振荡理论,指导该传感器的驱动电路的设计与改进。该压力敏感芯体激励与输出信号分别为mV级、μV级的正弦波信号,信号发生器与示波器难以进行稳定、精确的激励与测量。使用矢量网络分析仪对某型硅谐振压力传感器进行稳定、精确的激励与测量,得到了要实现传感器稳定工作驱动电路必须达到的幅频条件与相频条件等关键指标,进而指导传感器的设计与应用。     

并联传感器系统压力传感器故障诊断系统设计

在工业生产过程中电子皮带秤普遍采用多个称重传感器输出信号的并联方法,而该方法对多个称重传感器无法独立采集同时无法准确判断故障;应用TI公司MSC1210单片机最小系统和信号分离器,设计一种并联传感器系统压力传感器故障诊断系统,实现多个称重传感器并联应用时的独立采集;发明一种皮带秤称重传感器累计量校准方法,将不断变化的累计量转换成定量值实现并联传感器系统压力传感器故障诊断;结果表明该系统较好实现多个称重传感器的独立采集和故障传感器判断,为皮带秤等计量装置并联传感器系统的技术升级提供有效手段。     

一种容差模拟电路的分级故障诊断方法

提出了一种基于分级故障字典的容差模拟电路故障诊断方法;在测前首先对待诊断电路进行最坏情况分析得到容差电路输出电压的正常区间,并存为第一级故障字典用于电路故障检测;再利用节点电压灵敏度序列作为故障特征建立用于定位故障元件的第二级故障字典;最后通过测前划分元件参数的七段式仿真建立用于故障元件参数区间识别的第三级故障字典;在测后实施故障诊断时可根据需要依次查阅字典,检测电路故障,定位故障元件及识别故障元件的参数区间;该方法能够提高测后故障诊断的效率,在实际应用中具有一定的参考价值;最后通过仿真实验验证了该方法的有效性。     

称重设备传感器零漂检测方法研究

数字化改造后的称重设备其称重传感器具有故障诊断的功能,但目前缺少针对称重传感器零漂故障诊断的方法。为此,文章提出了基于滑窗原理和零点采样序列标准差的零漂故障检测方法。首先对称重传感器的零点输出信号采样,然后利用滑窗取出其中的n个连续值,求出这n个值的标准差,最后用此标准差与正常输出标准差的比值作为检测依据。当比值大于设定阈值时,传感器存在故障,否则不存在故障。测试表明该方法能有效检测传感器的零漂故障。     

压阻式压力传感器输出特性的补偿

在某型无人机高度传感器性能检测设备中,为解决压力的测量问题,设计了一种用于压阻式压力传感器(PRT)的信号调理电路,实现了对PRT传感器的零点输出、热零点漂移、满量程输出、热灵敏度漂移和满量程输出非线性等的高准确度校准和补偿。电路摒弃了以往传统的误差补偿形式,采用了一款新型信号调理芯片MAX1457,提出了软件补偿的方法,建立了误差校准补偿参数表,经过校准补偿传感器输出误差控制在了0.110%～0.158%。     

基于双通道传感器的航空发动机在线故障诊断系统研究

对基于双通道传感器的航空发动机在线故障诊断和隔离技术进行了研究;在发动机机载非线性模型的基础上,对发动机的双通道传感器分别设计混合卡尔曼滤波器,利用该滤波器在线估计双通道传感器输出,并结合实际双通道传感器测量值以及发动机机载非线性模型的输出值在线实现传感器故障检测和隔离、部件故障及异常检测确认;利用该技术建立了某型涡扇发动机在线故障诊断系统,通过仿真实例验证了该系统的诊断性能,实验结果表明,本文所建立的在线故障诊断系统能够较好的完成故障诊断与隔离、部件故障及异常检测等功能,为此类系统的工程应用提供了理论依据。     

飞机燃油系统传感器故障诊断方法研究

为了解决某飞机燃油系统传感器的故障检测与诊断问题,提出将小波分析法应用于飞机燃油系统传感器的故障诊断.通过传感器输出信号的一维离散小波变换,得到重构后的第一层细节系数.对该细节系数进行分析,可以精确定位故障点;进而分析传感器输出信号,可以判断出故障类型及故障程度.最后以该系统中油位传感器的故障诊断为例,利用地面半物理仿真试验中采集的现场数据,在Matlab环境下对该方法进行了有效性验证.     

压阻式高温压力传感器温度补偿与信号调理设计与测试

设计制作了一种集成信号调理电路的高温压阻式压力传感器,包含倒装式的压敏敏片、无源电阻温度补偿电路和信号调理电路组成;压敏芯片的制作采用SOI材料和MEMS标准工艺,温度补偿和信号调理电路采用高温电子元件;试验表明,无源电阻温度补偿具有显著的效果;此外,采用了高温信号调理电路来提高传感器的输出灵敏度,通过温度补偿来降低输出灵敏度;与传统的经验算法相比,所提出的无源电阻温度补偿技术具有更小的温度漂移,在220℃条件下传感器输出灵敏度为4.93 mV/100 kPa,传感器灵敏度为总体测量精度为±2%FS;此外,由于柔性传感器的输出电压可调,因此不需要使用一般的电压转换器随动压力变送器,这大大降低了测试系统的成本,有望在恶劣环境下的压力测量中得到高度应用。     

基于相关分析的非线性模拟电路参数型故障诊断方法

针对非线性模拟电路故障诊断中参数型故障元件定位的难题,基于Volterra频域核的频谱比较,提出了利用小波滤波器组结合相关分析定位故障元件的方法．首先选择特定的激励信号测定Volterra频域核的非参数频谱;然后用小波滤波器组对得到的正常电路和故障电路的频谱序列进行子带分解;通过计算子带响应序列的相干函数,对正常电路和故障电路进行相关分析,实现参数型故障元件的特征提取．对比实验结果表明,该方法能有效提取故障特征,提高了故障诊断效果．     

国外展望

联邦德国 Wiegind 有限公司研制的小型压力传感器,它是采用霍尔元件作为测量元件。永久磁铁是通过一专用弹簧管受压变形而位移。当压力改变时,霍尔元件受到的磁场亦改变,霍尔元件的电子自动达到动平衡,输出与压力成正比的0～100mV 的电压信号。881.21型为四线制,881.16型为两线制(电压信号经电路转换为4～20mA 电流信号)。这两种压力传感器都需用903.10型电源供电。输出信号     

高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计

为提高磁场式时栅传感器测量精度,本文从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明：本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4"降低到了±20.3",有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3",整周角位移测量精度达到±2",满足高精度位移测量要求。     

基于信息融合的汽车衡称重传感器故障诊断

传统汽车衡不具备故障诊断功能,任一称重传感器发生故障都将导致称重系统失效.为此提出了一种基于信息融合的汽车衡称重传感器故障诊断方法,利用径向基函数神经网络(RBFNN)逼近汽车衡多路称重传感器之间的函数关系,预测各传感器的输出,并给出RBFNN的训练算法;以各传感器的预测信号与实测信号为输入,建立了融合检测模型,采用表决融合检测准则,完成故障传感器寻址、故障类型识别、故障程度判决和故障传感器正常输出估计等故障诊断.大量实验与现场检定证明,采用这种方法的汽车衡准确实现了称重传感器故障诊断,任一称重传感器失效后的汽车衡性能优于正常状态下4级秤的指标,其最大称重误差0.7%,提高了系统可靠性.     

基于神经网络VLSI与噪声信号的故障诊断

为了改变传统的基于软件的机械故障诊断模式，以及发挥神经网络超大规模集成电路(vLSI)的优势，提出了一种用于故障诊断识别的脉冲频率调制(PFM)模拟神经网络脉冲流vLSI电路。实现了一种脉冲流数字模拟混合突触乘法／加法器电路，而且该神经网络电路的突触权值不需要学习调整．降低了电路的复杂性。以此电路为基础．设计了进行主轴承磨损故障诊断的神经网络故障识别系统。利用含有故障信息的噪声信号代替传感器安装困难的基于振动信号的特征值提取，最后．根据代表待识别信号与标准故障模板之间欧氏距离的电路输出端电容电压值可以判断出故障类别。该电路具有较高的识别精度．可以实现噪声故障信号的实时在线识别。     

廉价压力检测电路非线性的分析

在消费类电子产品中,在节约成本的前提下,检测压力信号采用了以压力传感器为核心的廉价压力检测电路方案。电路主要包括:压力传感器、恒流激励、信号放大等,本文对廉价压力检测电路的非线性进行了理论分析和推导。     

逆变电路智能故障诊断系统

针对逆变器由于具有非线性的特征而无法采用精确数学模型进行故障诊断的情况,本文提出一种基于小波分析和神经网络的新型逆变电路故障检测与诊断方法。建立三相SPWM逆变电源的非线性MATLAB仿真模型,以三相输出故障电压作为故障信息,利用小波分析的方法提取低频能量值作为特征向量,通过神经网络实现逆变器故障桥臂定位,最后利利用逆变三相电压同一桥臂故障电压的对称性的特点,用一种简单的判断逻辑实现故障元件的分离。设计了基于DSP的PWM逆变电路在线智能故障诊断系统。测试结果表明,该系统具有良好的故障诊断效果,具有一定的实用价值。