一种传感器故障自适应监测的方法及系统与流程

1.本技术涉及传感器可靠性分析技术领域，具体涉及一种传感器故障自适应监测的方法及系统。


背景技术：

2.传感器是一种能检测被测量的信息并按照一定规则转换成可用信号的装置，广泛应用于各个技术领域中，例如：风力发电、生物医药和航天等。传感器的可靠性是传感器的一个重要性能，会对传感器数据的准确性产生很大影响。因此，提高传感器的可靠性是很关键的一环。
3.但是，由于技术水平和成本的限制，传感器自身质量很难得到飞跃性的提升，导致传感器的可靠性也很难得到较大提升。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种传感器故障自适应监测的方法及系统，能够提高传感器的容错能力和可靠性。
5.为解决上述问题，本技术提供的技术方案如下：
6.本技术提供一种传感器故障自适应监测的方法，该方法包括：
7.获得多个传感器采集的实时监测值；
8.根据多个传感器的实时监测值获得实时监测平均值；
9.针对多个传感器中任意第一传感器，根据实时监测平均值、第一传感器的历史监测平均值和第一传感器的实时监测值，判断第一传感器是否出现故障；如果是，将第一传感器隔离；其中，第一传感器的历史监测平均值是根据第一传感器历史采集的监测值获得的。
10.优选地，根据实时监测平均值、第一传感器的历史监测平均值和第一传感器的实时监测值，判断第一传感器是否出现故障，包括：
11.由第一传感器的实时监测值与实时监测平均值获得第一偏离度；
12.由第一传感器的实时监测值与第一传感器的历史监测平均值获得第二偏离度；
13.根据第一偏离度和第二偏离度获得总偏离度；
14.当总偏离度大于预设阈值时，判断第一传感器出现故障。
15.优选地，由第一传感器的实时监测值与实时监测平均值获得第一偏离度包括：
16.将第一传感器的实时监测值与实时监测平均值作差，除以实时监测平均值，得到第一偏离度；
17.由第一传感器的实时监测值与第一传感器的历史监测平均值获得第二偏离度包括：
18.将第一传感器的实时监测值与第一传感器的历史监测平均值作差，除以第一传感器的历史监测平均值，得到第二偏离度；
19.根据第一偏离度和第二偏离度获得总偏离度包括：
20.将第一偏离度与第二偏离度求和，得到总偏离度。
21.优选地，将实时监测值与第一传感器的实时监测平均值作差，除以实时监测平均值，得到第一偏离度包括：
22.将第一传感器的实时监测值与实时监测平均值作差，除以实时监测平均值，取绝对值，乘第一差异权重，得到第一偏离度；
23.将第一传感器的实时监测值与第一传感器的历史监测平均值作差，除以第一传感器的历史监测平均值，得到第二偏离度包括：
24.将第一传感器的实时监测值与第一传感器的历史监测平均值作差，除以第一传感器的历史监测平均值，取绝对值，乘第二差异权重，得到第二偏离度；
25.其中，第一差异权重和第二差异权重是预设的，两者之和为1。
26.优选地，还包括：
27.根据被测对象的运行状态参数和历史运行状态平均参数，得到运行偏离度，修正总偏离度；
28.被测对象为多个传感器监测的对象；历史运行状态平均参数是根据被测对象的历史运行状态参数获得的。
29.优选地，根据被测对象的运行状态参数和历史运行状态平均参数，得到运行偏离度，修正总偏离度包括：
30.将被测对象的实时运行状态参数与历史运行状态平均参数作差，除以历史运行状态平均参数，取绝对值，乘第二差异权重，得到运行偏离度；
31.将总偏离度减去运行偏离度，得到修正后的总偏离度。
32.优选地，还包括：
33.当未被隔离的传感器数量小于等于1时，判断多个传感器均失效，控制多个传感器停止工作，进行报警。
34.本技术还提供一种传感器故障自适应监测的系统，包括：控制器和多个传感器；
35.控制器，用于获得多个传感器采集的实时监测值；根据多个传感器的实时监测值获得实时监测平均值；针对多个传感器中任意第一传感器，根据实时监测平均值、第一传感器的历史监测平均值和所述第一传感器的实时监测值，判断所述第一传感器是否出现故障；其中，所述第一传感器的历史监测平均值是根据所述第一传感器历史采集的监测值获得的；在所述第一传感器出现故障时，将所述第一传感器隔离；
36.所述多个传感器，用于采集实时监测值。
37.优选地，所述控制器具体用于：
38.由所述第一传感器的实时监测值与所述实时监测平均值获得第一偏离度；
39.由所述第一传感器的实时监测值与所述第一传感器的历史监测平均值获得第二偏离度；
40.根据所述第一偏离度和所述第二偏离度获得总偏离度；
41.当所述总偏离度大于预设阈值时，判断所述第一传感器出现故障。
42.优选地，所述控制器具体用于：
43.将所述第一传感器的实时监测值与所述实时监测平均值作差，除以所述实时监测平均值，得到第一偏离度；
44.将所述第一传感器的实时监测值与所述第一传感器的历史监测平均值作差，除以所述第一传感器的历史监测平均值，得到第二偏离度；
45.将所述第一偏离度与所述第二偏离度求和，得到所述总偏离度。
46.优选地，所述控制器具体用于：
47.将所述第一传感器的实时监测值与所述实时监测平均值作差，除以所述实时监测平均值，取绝对值，乘第一差异权重，得到第一偏离度；
48.将所述第一传感器的实时监测值与所述第一传感器的历史监测平均值作差，除以所述第一传感器的历史监测平均值，取绝对值，乘第二差异权重，得到第二偏离度；
49.其中，所述第一差异权重和所述第二差异权重是预设的，两者之和为1。
50.优选地，所述控制器还用于：
51.根据被测对象的运行状态参数和历史运行状态平均参数，得到运行偏离度，修正所述总偏离度；
52.所述被测对象为所述多个传感器监测的对象；所述历史运行状态平均参数是根据所述被测对象的历史运行状态参数获得的。
53.优选地，所述控制器具体用于：
54.将被测对象的实时运行状态参数与历史运行状态平均参数作差，除以所述历史运行状态平均参数，取绝对值，乘第二差异权重，得到运行偏离度；
55.将所述总偏离度减去所述运行偏离度，得到修正后的总偏离度。
56.优选地，所述控制器还用于：
57.当未被隔离的传感器数量小于等于1时，判断所述多个传感器均失效，控制所述多个传感器停止工作，进行报警。
58.由此可见，本技术具有如下有益效果：
59.本技术提供的传感器故障自适应监测的方法，获得多个传感器采集的实时监测值，根据多个传感器的实时监测值获得实时监测平均值；针对多个传感器中任意第一传感器，根据实时监测平均值、第一传感器的历史监测平均值和第一传感器的实时监测值，判断第一传感器是否出现故障；如果是，将第一传感器隔离。其中，第一传感器的历史监测平均值是根据第一传感器历史采集的监测值获得的。本技术提供的传感器故障自适应监测的方法，比较第一传感器的实时监测值和实时监测平均值来验证监测数据的准确性，比较第一传感器的实时监测值和第一传感器的历史监测平均值来考虑第一传感器自身因使用时间久等因素导致的劣化，通过两个方面一起比较，判断第一传感器是否出现故障；判断第一传感器故障时，将第一传感器隔离，继续使用其他未隔离的传感器进行监测，提高了传感器的容错能力和可靠性。
附图说明
60.图1为本技术实施例提供的一种传感器故障自适应监测的方法的流程图；
61.图2为本技术实施例提供的另一种传感器故障自适应监测的方法的流程图；
62.图3为本技术实施例提供的一种传感器故障自适应监测的系统的示意图。
具体实施方式
63.为了使本领域技术人员更好地理解和实施本技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术实施例进行具体介绍。
64.参见图1，该图为本技术实施例提供的一种传感器故障自适应监测的方法的流程图。
65.本技术不具体限定传感器的类型，例如可以是温度传感器或转速传感器等，也可以是其他类型的传感器。另外，本技术实施例也不具体限定应用场景，可以为任何场合应用。例如，风力发电机组，光伏发电，海上发电等。
66.该方法包括：
67.s101：获得多个传感器采集的实时监测值。
68.其中，多个传感器均对同一种类的数据进行监测；本技术不具体限定多个传感器的具体数量，例如监测温度均为温度传感器。
69.本技术具体不限定传感器的数量，至少为2个，例如可以为3个或4个等。
70.s102：根据多个传感器的实时监测值获得实时监测平均值。
71.应该理解，多个传感器对应一个实时监测平均值。
72.s103：针对多个传感器中任意第一传感器，根据实时监测平均值、第一传感器的历史监测平均值和第一传感器的实时监测值，判断第一传感器出现故障时，将第一传感器隔离。第一传感器为多个传感器中的任意一个传感器。
73.第一传感器的历史监测平均值是根据第一传感器历史采集的监测值获得的。其中，每个传感器对应一个历史监测平均值，即两者为一一对应的关系。
74.由于多个传感器均对同一种类的数据进行监测，所以多个传感器的实时监测值之间相差不大，因此，将第一传感器的实时监测值与实时监测平均值进行比较。
75.由于传感器存在劣化现象，即随着使用时间变长，传感器性能会降低，因此，将第一传感器的实时监测值与历史监测平均值进行比较。
76.通过上述两方面比较，控制器可以判断第一传感器是否出现故障；第一传感器的实时监测值与实时监测平均值相差过大时，表示第一传感器监测到的数据不准确，第一传感器的实时监测值与历史监测平均值相差过大时，表示第一传感器劣化现象严重，因此判断第一传感器故障。
77.第一传感器出现故障时，控制器将第一传感器隔离，由于设置了多个传感器进行数据监测，在有传感器故障时，仍可以采用其他未隔离的传感器进行数据监测，避免了传感器故障导致的例如控制失调或者系统崩溃的事故。
78.本技术提供的传感器故障自适应监测的方法，获得多个传感器采集的实时监测值，根据多个传感器的实时监测值获得实时监测平均值；针对多个传感器中任意第一传感器，根据实时监测平均值、第一传感器的历史监测平均值和第一传感器的实时监测值，判断第一传感器是否出现故障；如果是，将第一传感器隔离。其中，第一传感器的历史监测平均值是根据第一传感器历史采集的监测值获得的。本技术提供的传感器故障自适应监测的方法，比较第一传感器的实时监测值和实时监测平均值来验证监测数据的准确性，比较第一传感器的实时监测值和第一传感器的历史监测平均值来考虑第一传感器自身因使用时间久等因素导致的劣化，通过两个方面一起比较，判断第一传感器是否出现故障；判断第一传
感器故障时，将第一传感器隔离，继续使用其他未隔离的传感器进行监测，提高了传感器的容错能力和可靠性。
79.上述实施例中，根据实时监测平均值、第一传感器的历史监测平均值和第一传感器的实时监测值，判断第一传感器是否出现故障有多种具体实现形式，下面结合附图进行详细介绍。
80.参见图2，该图为本技术实施例提供的另一种传感器故障自适应监测的方法的流程图。
81.s201：获得多个传感器采集的实时监测值。
82.s202：根据多个传感器的实时监测值获得实时监测平均值。
83.s203：由第一传感器的实时监测值与实时监测平均值获得第一偏离度。
84.第一偏离度反映的是同类传感器之间性能的差异。
85.s204：由第一传感器的实时监测值与第一传感器的历史监测平均值获得第二偏离度。
86.第二偏离度反映的是同一传感器性能随时间变化的差异。
87.s205：根据第一偏离度和第二偏离度获得总偏离度。
88.总偏离度反映的是第一传感器的总体性能是否出现明显偏差。
89.s206：根据被测对象的运行状态参数和历史运行状态平均参数，得到运行偏离度，修正总偏离度。
90.其中，被测对象为多个传感器监测的对象；历史运行状态平均参数是根据被测对象的历史运行状态参数获得的。
91.当被测对象自身运行模式发生较大改变时，传感器在不同时间的监测值会发生较大改变，并不代表传感器出现劣化问题。因此，增加运行偏离度，可以减少因被测对象运行模式发生变化，导致第二偏离度较高的误报。
92.由于部分被测对象的运行模式是固定不变的，因此在这种情况下，运行偏离度的计算也可以省略。
93.本技术不具体限定第一偏离度、第二偏离度、总偏离度和运行偏离度的具体计算方式，下面举例说明。
94.第一偏离度可以通过如下方式进行计算：
95.将第一传感器的实时监测值xi与实时监测平均值作差，除以实时监测平均值取绝对值，乘第一差异权重δ1，得到第一偏离度ε1。
96.用公式表达为：
[0097][0098]
第二偏离度可以通过如下方式进行计算：
[0099]
将第一传感器的实时监测值xi与第一传感器的历史监测平均值作差，除以第一传感器的历史监测平均值取绝对值，乘第二差异权重δ2，得到第二偏离度ε2。
[0100]
用公式表达为：
[0101][0102]
其中，第一差异权重和第二差异权重是预设的，第一差异权重表示的是同类传感器之间差异的权重；第二差异权重表示的是同一传感器性能随时间变化的差异的权重；第一差异权重与第二差异权重之和为1。
[0103]
本技术不具体限定第一差异权重和第二差异权重的具体值，本领域技术人员可以根据不同领域的具体需求来调节第一差异权重和第二差异权重的具体值。
[0104]
总偏离度可以通过如下方式进行计算：
[0105]
将第一偏离度ε1与第二偏离度ε2求和，得到总偏离度ε。
[0106]
用公式表达为：
[0107][0108]
运行偏离度可以通过如下方式进行计算：
[0109]
将被测对象的实时运行状态参数s与历史运行状态平均参数作差，除以历史运行状态平均参数取绝对值，乘第二差异权重δ2，得到运行偏离度ε3。
[0110]
用公式表达为：
[0111][0112]
将总偏离度ε减去所述运行偏离度ε3，得到修正后的总偏离度ε’。
[0113][0114]
s207：判断总偏离度是否大于预设阈值；如果是，执行步骤s208。
[0115]
s208：判断第一传感器出现故障，隔离第一传感器。
[0116]
总偏离度大于预设阈值，表示第一传感器的总体性能出现了明显偏差，即第一传感器出现故障。
[0117]
本技术不具体限定预设阈值的具体大小，本领域技术人员可以根据不同领域的不同传感器可靠性需求来调节预设阈值的大小；传感器可靠性需求较高的场景下，可以设置较小的预设阈值。
[0118]
该方法，还可以包括：
[0119]
当未被隔离的传感器数量小于等于1时，判断多个传感器均失效，控制多个传感器停止工作，进行报警。
[0120]
没有未被隔离的传感器时，表明所有传感器正常；只剩一个未被隔离的传感器时，没有其他传感器能够共同检验可靠性，因此需要停止工作，对其他故障传感器进行维修。
[0121]
本技术实施例提供的传感器故障自适应监测的方法，还可以增加运行偏离度，以减少由于被测对象本身运行模式发送较大变化导致第二偏离度较高的误报，进一步提高传感器的可靠性。
[0122]
基于以上实施例提供的传感器故障自适应监测的方法，本技术实施例还提供一种传感器故障自适应监测的系统，下面结合附图进行详细介绍。
[0123]
参见图3，该图为本技术实施例提供的一种传感器故障自适应监测的系统的示意
图。
[0124]
本技术提供的传感器故障自适应监测的系统，包括：控制器100和多个传感器，例如n个传感器，n为大于等于2的整数，n个传感器分别为：第一传感器201、第二传感器202直至第n传感器20n。应该理解，此处的第一传感器201与方法实施例的第一传感器有所区别，方法实施例的第一传感器是泛指多个传感器中的任意一个。本系统实施例中的第一传感器201是特指多个传感器中的任意一个。
[0125]
本技术不具体限定传感器的类型，例如可以是温度传感器或转速传感器等，也可以是其他类型的传感器。
[0126]
控制器100，用于获得多个传感器采集的实时监测值；根据多个传感器的实时监测值获得实时监测平均值；针对多个传感器中任意第一传感器，根据实时监测平均值、第一传感器的历史监测平均值和第一传感器的实时监测值，判断第一传感器是否出现故障；其中，第一传感器的历史监测平均值是根据第一传感器历史采集的监测值获得的；在第一传感器出现故障时，将第一传感器隔离。
[0127]
多个传感器，用于采集实时监测值。即第一传感器201、第二传感器202直至第n传感器20n分别采集对应的实时监测值。
[0128]
其中，多个传感器均对同一种类的数据进行监测。
[0129]
控制器100，可以具体用于由第一传感器的实时监测值与实时监测平均值获得第一偏离度；由第一传感器的实时监测值与第一传感器的历史监测平均值获得第二偏离度；根据第一偏离度和第二偏离度获得总偏离度；当总偏离度大于预设阈值时，判断第一传感器出现故障。
[0130]
本技术不具体限定预设阈值的具体大小，本领域技术人员可以根据不同领域的不同传感器可靠性需求来调节预设阈值的大小；传感器可靠性需求较高的场景下，可以设置较小的预设阈值。
[0131]
控制器100，还可以用于根据被测对象的运行状态参数和历史运行状态平均参数，得到运行偏离度，修正总偏离度。
[0132]
当被测对象自身运行模式发生较大改变时，传感器在不同时间的监测值会发生较大改变，并不代表传感器出现劣化问题。因此，增加运行偏离度，可以减少因被测对象运行模式发生变化，导致第二偏离度较高的误报。
[0133]
本技术不具体限定第一偏离度、第二偏离度、总偏离度和运行偏离度的具体计算方式，可能的计算方式已在上述实施例中举例说明，在此不再赘述。
[0134]
控制器100，还可以用于在未被隔离的传感器数量小于等于1时，判断多个传感器均失效，控制多个传感器停止工作，进行报警。
[0135]
没有未被隔离的传感器时，表明所有传感器故障，需要维修；只剩一个未被隔离的传感器时，没有其他传感器能够共同检验可靠性，因此需要停止工作，对其他故障传感器进行维修。
[0136]
本技术提供的传感器故障自适应监测的系统，控制器用于获得多个传感器采集的实时监测值，根据多个传感器的实时监测值获得实时监测平均值；针对多个传感器中任意第一传感器，根据实时监测平均值、第一传感器的历史监测平均值和第一传感器的实时监测值，判断第一传感器是否出现故障；在第一传感器故障时，将其隔离。其中，第一传感器的
历史监测平均值是根据第一传感器历史采集的监测值获得的。本技术提供的传感器故障自适应监测的系统，控制器比较第一传感器的实时监测值和实时监测平均值来验证监测数据的准确性，控制器比较第一传感器的实时监测值和第一传感器的历史监测平均值来考虑第一传感器自身因使用时间久等因素导致的劣化，通过两个方面一起比较，控制器判断第一传感器是否出现故障；判断第一传感器故障时，将第一传感器隔离，系统继续使用其他未隔离的传感器进行监测，提高了传感器的容错能力和可靠性。
[0137]
另外，本技术提供的传感器故障自适应监测的系统，还可以令控制器增加根据运行偏离度修正总偏离度，以减少由于被测对象本身运行模式发送较大变化导致第二偏离度较高的误报，进一步提高传感器的可靠性。
[0138]
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0139]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。