[發(fā)明專利]一種電池供電式應(yīng)變多維力傳感器故障診斷系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510974144.1
• 申請(qǐng)日: 2015-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105606300B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊雙龍;徐科軍;邵春莉;舒張平;許偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01L25/00
• 分類(lèi)號(hào): G01L25/00;G01R31/28
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所34114
• 代理人: 金惠貞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器故障檢測(cè)領(lǐng)域，為一種電池供電式應(yīng)變多維力傳感器故障診斷系統(tǒng)，特別是一種以MSP430單片機(jī)為核心，采用恒流激勵(lì)與矩陣掃測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)變式多維力傳感器各通道測(cè)量電路的短路、斷路、虛短、虛斷故障進(jìn)行在線自動(dòng)檢測(cè)的電池供電式故障診斷系統(tǒng)。

背景技術(shù)

應(yīng)變式多維力傳感器能將空間矢量力/力矩沿笛卡爾坐標(biāo)系分解并輸出，在科學(xué)試驗(yàn)與工業(yè)自動(dòng)化中被廣泛應(yīng)用，如風(fēng)洞試驗(yàn)中測(cè)量飛行器模型各個(gè)方向力/力矩的風(fēng)洞應(yīng)變天平、汽車(chē)綜合性能試驗(yàn)中的車(chē)輪力傳感器以及工業(yè)機(jī)器人力控作業(yè)中的腕力傳感器等等。應(yīng)變式多維力傳感器由傳感器基體和測(cè)量電路組成，包含多個(gè)測(cè)量通道，傳感器基體由各測(cè)量通道的鋼體結(jié)構(gòu)的應(yīng)變梁組成，各通道的測(cè)量電路又由應(yīng)變片搭建的惠斯頓電橋組成。測(cè)量電路的好壞直接影響傳感器的測(cè)量性能。

應(yīng)用中，多維力傳感器通過(guò)接插件和線纜連接到信號(hào)采集系統(tǒng)，組成多維力測(cè)量系統(tǒng)。然而，在實(shí)際工作環(huán)境中，特別是科學(xué)試驗(yàn)中，多維力測(cè)量系統(tǒng)往往會(huì)發(fā)生故障，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果異常。多維力測(cè)量系統(tǒng)的故障既可能出現(xiàn)在多維力傳感器上，亦可能出現(xiàn)在接插件、線纜或信號(hào)采集系統(tǒng)上。其中，多維力傳感器是最薄弱的環(huán)節(jié)，容易出現(xiàn)測(cè)量電路故障，如短路、斷路、虛短、虛斷等。多維力傳感器測(cè)量通道多，故障有可能出現(xiàn)在任何通道測(cè)量電路的任何橋臂或引線上。另外，多維力傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、緊湊，體積較小，測(cè)量電路的布線也就比較復(fù)雜難辨。這就使得完全通過(guò)人工的方式對(duì)多維力傳感器進(jìn)行故障診斷顯得費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下。而目前，關(guān)于多維力傳感器測(cè)量電路的故障診斷主要依賴人工進(jìn)行，且傳感器需從工作裝置上卸載下來(lái)進(jìn)行離線檢測(cè)，尚無(wú)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行在線自動(dòng)診斷的系統(tǒng)。如若故障并非出現(xiàn)在多維力傳感器上，復(fù)雜工作裝置的拆裝過(guò)程則會(huì)嚴(yán)重影響工作效率。

現(xiàn)有文獻(xiàn)“稱重傳感器的工作原理及故障檢測(cè)”(王傳文，化學(xué)分析計(jì)量，2002，第11卷，第4期)、“應(yīng)變式稱重傳感器故障檢測(cè)方法及步驟”(楊青鋒，衡器，2007，第1期增)、“應(yīng)變式稱重傳感器原理及故障檢測(cè)”(劉平凡、羅俊，衡器，2010，第11期)、“電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理及故障分析檢測(cè)”(劉丹、高彬、鄭一暢，廣西輕工業(yè)，2010，第8期)中關(guān)于應(yīng)變式傳感器橋路故障的檢測(cè)均為通過(guò)人工借助相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備(如萬(wàn)用表、兆歐表等)來(lái)檢測(cè)橋路阻抗實(shí)現(xiàn)故障診斷。這種方法對(duì)于多維力傳感器而言就很費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低下?，F(xiàn)有文獻(xiàn)“基于多層前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)力傳感器故障診斷”(張偉、鄭恩讓，傳感器技術(shù)，2001，第4期)中雖提及采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的辦法對(duì)應(yīng)力傳感器進(jìn)行故障診斷，但未給出具體的要診斷的故障狀況，且診斷對(duì)象不是具有多個(gè)通道的應(yīng)變式多維力傳感器。現(xiàn)有文獻(xiàn)“Design and Implementation of a Self-Validating Pressure Sensor”(Zhigang Feng,Qi Wang,and Katsunori Shida,IEEE Sensors Journal,2009,第9卷，第3期)針對(duì)應(yīng)變式壓力傳感器采用小波包分解法和支持向量機(jī)多級(jí)分類(lèi)法對(duì)其測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，以診斷傳感器故障，但所提方法主要用于識(shí)別傳感器數(shù)據(jù)的偏置、漂移、尖峰、震蕩和阻斷等故障現(xiàn)象，而并非診斷具體的測(cè)量電路故障類(lèi)型和位置。

為此，本發(fā)明提供一種電池供電式應(yīng)變多維力傳感器故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)變式多維力傳感器測(cè)量電路的短路、斷路、虛短、虛斷故障進(jìn)行在線自動(dòng)檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決應(yīng)變式多維力傳感器測(cè)量電路故障的自動(dòng)檢測(cè)問(wèn)題，提供一種基于恒流激勵(lì)與矩陣掃測(cè)的、能夠?qū)鞲衅鞲魍ǖ罍y(cè)量電路的短路、斷路、虛短、虛斷故障進(jìn)行在線自動(dòng)檢測(cè)的電池供電式故障診斷系統(tǒng)。