CN112798180A - 力传感器的故障检测方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及传感器领域，提供一种力传感器的故障检测方法及计算机可读存储介质。力传感器包括应变片电桥单元和检测控制单元，检测控制单元从应变片电桥单元获取采集数据并计算获得检测数据频谱；应变片电桥单元具有电源电路，检测控制单元包括处理芯片和控制电路，处理芯片通过控制电路控制电源电路的通断；故障检测方法包括：输出控制信号使电源电路导通；获取阶跃信号，阶跃信号为电源电路导通后检测数据频谱越变所形成的信号；在阶跃信号的响应时间跨度与预设时间跨度之差的绝对值大于预设的第一时间时确定力传感器出现响应异常，否则确定力传感器响应正常。本发明对力传感器响应异常的检测准确性较高，且检测难度较低。

Description

力传感器的故障检测方法及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体是涉及一种力传感器的故障检测方法及计算机可读存储介质。

背景技术

力传感器在工业设备中广泛应用，力传感器一般包括应变片电桥单元和由信号放大、滤波、转换等电路组成的检测控制单元，力传感器可能出现应变片电桥单元损坏且检测控制单元功能正常的情况，这时力传感器仍会正常输出检测结果，然而由于应变片电桥单元发生损坏，因而检测结果往往会不准确。

发明内容

本发明的目的是提供一种力传感器的故障检测方法。

本发明提供的力传感器的故障检测方法中，力传感器包括应变片电桥单元和检测控制单元，检测控制单元与应变片电桥单元的输出端电连接，检测控制单元从应变片电桥单元获取采集数据并计算获得检测数据频谱；应变片电桥单元具有第一电源电路，检测控制单元包括处理芯片和第一控制电路，处理芯片通过第一控制电路控制第一电源电路的通断；故障检测方法包括：输出控制信号使第一电源电路导通；获取阶跃信号，阶跃信号为第一电源电路导通后检测数据频谱越变所形成的信号；判断阶跃信号的响应时间跨度与预设时间跨度之差的绝对值是否大于预设的第一时间，如是，则确定力传感器出现响应异常，否则，确定力传感器响应正常。

由上可见，本发明的故障检测方法由处理芯片执行，预设时间跨度为标准力传感器计算得出的阶跃信号的响应时间跨度，预设时间跨度可以根据实验获取，由于阶跃信号因第一电源电路导通而产生，第一电源电路的导通为瞬时发生，因而阶跃信号的响应时间跨度能够准确的反应力传感器的响应速率，有利于对力传感器响应异常的检测准确性较高；并且，本发明能够在力传感器处于安装状态时检测得出响应速率是否异常，有利于降低检测难度。

一个优选的方案是，在确定力传感器出现响应异常后，发出第一警报信号。

另一个优选的方案是，检测控制单元还包括放大滤波电路和A/D芯片，应变片电桥单元的输出端、放大滤波电路、A/D芯片和处理芯片依次电连接。

再一个优选的方案是，第一电源电路为应变片电桥单元提供的电压为第一预设电压，在力传感器处于预设的第一负载压力的情况下，控制第一电源电路连通，阶跃信号的幅值为第一检测数据，阶跃信号在该情况下的标称幅值为第一预设检测数据；判断第一检测数据与第一预设检测值之差的绝对值是否大于预设的第一阈值，如是，则确定力传感器出现采集异常，否则，确定力传感器采集正常。

由上可见，本发明能够利用工业设备在特定状态(例如刚启动时)下负载大小较为确定的属性，根据该确定的负载大小预先设定第一预设检测数据，继而能够判定力传感器是否出现采集异常，本实施例的力传感器的故障检测方法能够在不脱离使用状态的情况下自动实现响应异常和采集异常的检测判断，有利于降低力传感器的故障检测难度。

进一步的方案是，第一负载压力及第一预设检测数据均为零。

进一步的方案是，在确定力传感器出现采集异常后，发出第二警报信号。

又一个优选的方案是，应变片电桥单元还包括第二电源电路，检测控制单元还包括第二控制电路，处理芯片通过第二控制电路控制第二电源电路的通断；故障检测方法包括：在确定力传感器响应正常时，向第一控制电路输出控制信号使第一电源电路断开，且向第二控制电路输出控制信号使第二电源电路导通。

由上可见，这样第二电源电路提供为力传感器的正常检测提供电压，第一电源电路为力传感器的自检测提供电压。

本发明的目的之二是提供一种计算机可读存储介质。

为了实现上述目的，本发明提供的计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序执行时实现前述力传感器的故障检测方法的各个步骤。

附图说明

图1是本发明力传感器的故障检测方法实施例中力传感器的内部结构示意图；

图2是本发明力传感器的故障检测方法实施例中应变片电桥单元、第一控制电路及处理芯片连接的示意图；

图3是本发明力传感器的故障检测方法实施例中第一电源电路为应变片电桥单元输入的电源频谱图和处理芯片得到的检测数据频谱图；

图4是本发明力传感器的故障检测方法的流程图。

具体实施方式

力传感器的故障检测方法实施例：

请参照图1，本实施例的力传感器包括应变片电桥单元1和检测控制单元，检测控制单元与应变片电桥单元1的输出端电连接。

请参照图1及图2，检测控制单元包括放大滤波电路2、A/D芯片3和处理芯片4，处理芯片4可以是单片机等器件，应变片电桥单元1的输出端S1/S2、放大滤波电路2、A/D芯片3和处理芯片4依次电连接，应变片电桥单元1的采集数据依次经过放大滤波电路2和A/D芯片3处理得到检测数据频谱，处理芯片4接收到检测数据频谱并进一步计算得到力传感器的检测结果，可选择地，在本发明的其它实施中，检测数据频谱也可以是力传感器的检测结果频谱，该检测结果频谱与本实施例的检测数据频谱的各参数具有一一对应关系，因而同样能达到控制目的。

应变片电桥单元1具有第一电源电路，应变片电桥单元1例如可以是惠斯通电桥，第一电源电路为应变片电桥单元1供电，处理芯片4通过第一控制电路5控制第一电源电路的通断。

具体而言，请参照图2，第一控制电路5可以包括一个开关器件，开关器件例如可以是三极管C，三极管C通过集电极和发射极串联在第一电源电路的VCC输入电路上，处理芯片4通过向三极管C的基极输出高低电平来控制VCC输入电路的通断，处理芯片4向三极管C输出高电平时，三极管C导通，处理芯片4输出低电平时，三极管C截止，从而实现处理芯片4对三极管C状态的控制。当三极管C导通时，第一电源电路导通，当三极管C截止时，第一电源电路关断，当然，在本发明的其它实施例中，开关器件例如还可以是场效应管，处理芯片通过第一控制电路5控制第一电源电路通断的具体方案也可以参照其它现有技术进行设置，这里不再赘述。

请参照图3，图3上侧的频谱图为第一电源电路为应变片电桥单元1输入的电源频谱图，图3下侧的频谱图为处理芯片4接收到的检测数据频谱图，t0时刻之前，第一电源电路处于断开状态，此时检测数据频谱的纵坐标数据为0，在第一电源电路导通后检测数据频谱会对应产生阶跃信号。

并且，工业设备在停机时往往处于确定的空载状态，且此时工业设备的姿态往往保持于确定的初始位置，因而工业设备中的力传感器在工业设备刚开启时往往处于确定的负载压力工况下，本实施例正好利用这一确定的负载压力，并针对该确定的负载压力设置对应的第一预设检测数据V1和预设时间跨度t3－t1，例如该确定的负载压力为第一负载压力，标准的力传感器在处于第一负载压力情况下，通过第一电源电路导通为应变片电桥单元1输入第一预设电压V0后，处理芯片4接收到的检测数据频谱如图3下侧的虚线所示，对应的第一预设检测数据V1为标准力传感器的检测数据频谱的幅值(即标称幅值)，预设时间跨度t3－t1为标准力传感器的检测数据频谱的响应时间跨度。

例如，工业设备在停机时一些力传感器处于无负载状态，此时第一预设检测数据V1应当为0mV。

请参照图3及图4，本实施例在力传感器得电后对力传感器进行故障检测，故障检测方法包括：步骤一S11，在t0时刻向第一控制电路5输出控制信号使第一电源电路导通；步骤二S12，从A/D芯片获取阶跃信号，阶跃信号的实际幅值为第一检测数据V2，阶跃信号的实际响应时间跨度为t2－t1；步骤三S13，判断t2－t1与t3－t1之差的绝对值是否大于预设的第一时间，如是则执行步骤四S14，确定力传感器出现了响应异常，并发出第一警报信号，否则执行步骤五S14，确定力传感器响应正常；在执行步骤四S14/步骤五S15后均执行步骤六S16，判断第一检测数据V2与第一预设检测数据V1之差的绝对值是否大于预设的第一阈值，如是，则执行步骤七S17，确定力传感器出现了采集异常，并发出第二警报信号，否则执行步骤八S18，确定力传感器采集正常。

请参照图3，例如力传感器为瑞尔特力传感器T201，力传感器T201的标称输出灵敏度为2.0±0.2％mV/V，力传感器T201的第一电源电路提供的第一预设电压V0为5V，且标准力传感器T201的负载力处于确定的满量程状态时，阶跃信号对应的标称响应时间跨度为t3－t1＝50ms，第一时间为5ms，理论上力传感器T201输出的检测数据应为10±0.10mV，也即标准力传感器T201对应的第一预设检测数据V1为10mV，第一阈值为0.10mV，如果处理芯片在力传感器上电后的t0时刻控制第一电源电路导通，处理芯片接收到的检测数据频谱中，阶跃信号的实际响应时间跨度为t2－t1＝54ms，实际测试得力传感器T201的第一检测数据V2为10.15mV，则|(t2－t1)－(t3－t1)|＝t3－t2＝4ms＜5ms，确定力传感器T201响应正常，并且10.15－10＝0.15mV＞0.10mV，确定力传感器T201采集异常，发出第二警报信号。

本实施例根据阶跃信号的响应时间跨度与预设时间跨度的大小关系来判定力传感器是否出现响应异常，由于阶跃信号因第一电源电路导通而产生，第一电源电路的导通为瞬时发生，因而阶跃信号的响应时间跨度能够准确的反应力传感器的响应速率，并且预设时间跨度t3－t1的值与负载大小无关，因而进一步有利于对力传感器是否响应异常进行准确检测。

并且，本实施例能够利用工业设备在特定状态(例如刚启动时)下负载大小较为确定的属性，根据该确定的负载大小预先设定第一预设检测数据V1，继而能够判定力传感器是否出现采集异常，本实施例的力传感器的故障检测方法能够在不脱离安装状态的情况下自动实现响应异常和采集异常的检测判断，有利于降低力传感器的故障检测难度。

相较于通过为力传感器施加负载来检测是否响应异常的方案而言，一方面，施加负载本身并非瞬时完成，施加负载本身需要一定时间，且施加负载的时间跨度长短并不确定，这导致产生的阶跃信号的响应时间跨度长短也具有不确定性，因而不能准确判定力传感器是否响应异常；另一方面，由于处理芯片4不能感知负载的大小，因而不利于通过阶跃信号的幅值大小来对采集异常进行判断。

具体地，可以为处理芯片4连接警示灯，第一警报信号及第二警报信号分别对应控制不同颜色的警示灯点亮。可选择地，在本发明的其它实施例中，处理芯片4与上位机6通信连接，第一警报信号及第二警报信号也可以均发向上位机6，由上位机6向工作人员展示力传感器的故障状态。

可选择地，在本发明的其它实施例中，应变片电桥单元1还包括第二电源电路(图中未示出)，检测控制单元包括处理芯片4和第二控制电路，处理芯片4通过第二控制电路控制第二电源电路的通断；在确定来传感器响应正常时，控制第一电源电路断开，且控制第二电源电路导通。

计算机可读存储介质实施例：

实现上述力传感器的故障检测方法的计算机程序可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述力传感器的故障检测方法实施例的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述力传感器的故障检测方法的各个步骤。

其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.力传感器的故障检测方法，所述力传感器包括应变片电桥单元和检测控制单元，所述检测控制单元与所述应变片电桥单元的输出端电连接，所述检测控制单元从所述应变片电桥单元获取采集数据并计算获得检测数据频谱；

其特征在于：

所述应变片电桥单元具有第一电源电路，所述检测控制单元包括处理芯片和第一控制电路，所述处理芯片通过所述第一控制电路控制所述第一电源电路的通断；

所述故障检测方法包括：

输出控制信号使所述第一电源电路导通；

获取阶跃信号，所述阶跃信号为所述第一电源电路导通后所述检测数据频谱越变所形成的信号；

判断所述阶跃信号的响应时间跨度与预设时间跨度之差的绝对值是否大于预设的第一时间，如是，则确定所述力传感器出现响应异常，否则，确定所述力传感器响应正常。

2.根据权利要求1所述的力传感器的故障检测方法，其特征在于：

在确定所述力传感器出现响应异常后，发出第一警报信号。

3.根据权利要求1所述的力传感器的故障检测方法，其特征在于：

所述检测控制单元还包括放大滤波电路和A/D芯片，所述应变片电桥单元的输出端、所述放大滤波电路、所述A/D芯片和所述处理芯片依次电连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的力传感器的故障检测方法，其特征在于：

所述第一电源电路为所述应变片电桥单元提供的电压为第一预设电压，在所述力传感器处于预设的第一负载压力的情况下，控制所述第一电源电路连通，所述阶跃信号的幅值为第一检测数据，所述阶跃信号在该情况下的标称幅值为第一预设检测数据；

判断所述第一检测数据与所述第一预设检测值之差的绝对值是否大于预设的第一阈值，如是，则确定所述力传感器出现采集异常，否则，确定所述力传感器采集正常。

5.根据权利要求4所述的力传感器的故障检测方法，其特征在于：

所述第一负载压力及所述第一预设检测数据均为零。

6.根据权利要求4所述的力传感器的故障检测方法，其特征在于：

在确定所述力传感器出现采集异常后，发出第二警报信号。

7.根据权利要求1至3任一项所述的力传感器的故障检测方法，其特征在于：

所述应变片电桥单元还包括第二电源电路，所述检测控制单元还包括第二控制电路，所述处理芯片通过所述第二控制电路控制所述第二电源电路的通断；

所述故障检测方法包括：

在确定所述力传感器响应正常时，向所述第一控制电路输出控制信号使所述第一电源电路断开，且向所述第二控制电路输出控制信号使所述第二电源电路导通。

8.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：

所述计算机程序执行时实现如权利要求1至7中任一项所述力传感器的故障检测方法的各个步骤。

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