基于残差分析的挠度传感器故障时间定位算法.pdf

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1、第３７卷第９期仪器仪表学报Ｖｏｌ３７Ｎｏ９２０１６年９月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＳｅｐ．２０１６基于残差分析的挠度传感器故障时间定位算法１，２１１胡顺仁，赵宁博，张建科（１．重庆理工大学重庆４０００４４；２．重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆４０００４４）摘要：及时诊断出桥梁健康监测系统中传感器故障及确定传感器发生故障的精确时刻，可以有效地降低系统虚假报警率、保障系统正常运行。通过分析桥梁传感器故障演变过程，建立了数据标准化残差模型，在该模型基础上提出了一种基于数据标准化残差分析的故障时间定位

2、算法，该算法以传感器采集数据的残差偏离量化值对故障进行判定，从而对传感器故障时间进行定位。以系统中常见的挠度传感器作为研究对象，针对工程中常见的常值故障、固定偏差、精度下降、漂移故障４种故障类型进行了仿真实验。实验结果表明，该方法对挠度传感器４种故障的时间定位精度有较大幅度的提高。关键词：挠度传感器；传感器故障诊断；残差分析；时间定位算法中图分类号：Ｕ４４６．２ＴＰ２７４ＴＨ７４５．３文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：１２０９９Ｔｉｍｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｆａｕｌｔｓｂａｓｅｄｏｎｒｅｓｉｄｕａ

3、ｌａｎａｌｙｓｉｓ１，２１１ＨｕＳｈｕｎｒｅｎ，ＺｈａｏＮｉｎｇｂｏ，ＺｈａｎｇＪｉａｎｋｅ（１．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｙｓｔｅｍｓ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ，４０００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｅｎｓｏｒｆａｕｌｔｓｉｎｔｉｍｅａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｍｏｍｅｎｔｓｏｆｆａｕｌｔｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅａｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎ

4、ｔｆｏｒｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｂｒｉｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ａｆｔｅｒａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｓｅｎｓｏｒｆａｕｌｔｓ，ａｄａｔａｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｒｅｓｉｄｕａｌｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ａｎｄａｆａｕｌｔｌｏｃａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄａｔａｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｒｅｓｉｄｕａｌａｎａｌｙｓｉｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｔｈｅｓｅｎｓｏｒｄａｔａｉｓｕｓｅｄｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｔｈｅｆａｕｌｔｓａ

5、ｎｄｌｏｃａｔｅｔｈｅｓｅｎｓｏｒｆａｕｌｔｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｔｉｍｅ．Ｔｈｅｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｉｓｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｆｏｕｒｔｙｐｅｓｏｆｆａｉｌｕｒｅｓ，ｗｈｉｃｈａｒｅｃｏｎｓｔａｎｔｆａｕｌｔｓ，ｄｒｏｏｐｆａｕｌｔｓ，ａｃｃｕｒａｃｙｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｆａｕｌｔｓａｎｄｄｒｉｆｔｆａｕｌｔｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｆａｕｌｔｔｉｍｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅ

6、ｆｌｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ；ｓｅｎｓｏｒｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ；ｒｅｓｉｄｕａｌａｎａｌｙｓｉｓ；ｔｉｍｅｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ［１］的ＲｅｐｐａＶ等人通过研究传感器组的数据，使用结构１引言化残差和自适应阈值的方法进行故障检测；ＦｕＫ．ＣＨ．等［２］人在结构化残差法的基础上提出了改进的动态主元分对大型桥梁结构进行实时在线监测是近３０年来国内析方法，并定义了传感器故障灵敏度和临界灵敏度；［３］外多个学科研究的热点和重点，也逐步在实践中得以推ＷａｎｇＹ等人依据证据理论对传感器故障漏诊进行了［４］［５］广，如加拿大的狮门大桥、香港的

7、青马大桥和汀九桥、内地研究；此外，郭小萍、郭金玉等人在故障诊断领域分的上海徐浦大桥和贵州红枫湖大桥这些监测系统都是由别作出了积极的研究。［６８］几百、甚至上千个传感器构成。传感器在长期的使用中不传统传感器故障诊断研究大多集中在传感器故可避免的都会产生各种各样的故障，从而导致传感器采集障诊断领域，而对于传感器故障的时间定位识别研究还的数据不准确，最终导致监测系统产生虚假报警。不多见，早期通过对桥梁状态实时监测与故障诊断系统目前大多数研究都是针对传感器故障诊断，如法国中多个传感器之间的关联特性及关联的概率分布进行研究，提出了Ｋ最近邻监测点对目标传感器采

8、集数据的支收稿日期：２０１６０４ＲｅｃｅｉｖｅｄＤａｔｅ：２０１６０４第９期胡顺仁等：基于