智能传感器在线自诊断.docVIP

基于神经网络模型的智能传感器在线自诊断、自修复 摘要：本文首次提出了基于神经网络模型实现智能传感器在线诊断、在线修复的原理、方案，及软、硬件实现方法，对利用生物结构来提高电子系统可靠性进行了初步尝试。本文的成果适用于对速度要求不高的智能传感器系统，有一定的参考价值。 关键字：智能传感器、在线自诊断、自修复、神经网络模型、触突、阈值 The Intelligent Sensor’s check and repair on line Which based on Nervous Model Hu Xue Hai 、 Gu Tian Xiang Abstract：In this paper , it is carried out the research on the principle of Intelligent Sensor’s check and repair on line which based on nervous model and it’s structure of software and hardware . The way to improve reliability by natural structure is tried . The way suits for the Intelligent Sensor . Key words：intelligent sensor, check and repair on line , nervous model , conjunction , limit value 中图分类号：TP212.6 引言 进入信息时代后，一场数字化革命正在各国蓬勃的展开。作为信息技术的三大支柱之一的传感器技术也同样面临着这个挑战。内置MCU系统，可自动对输出进行线性化、标度变换、数字滤波、数字补偿，即提高测量精度，又能补偿受温度、压力、气体浓度等因素影响的智能传感器成为了当今传感器技术发展和研究的主流和前沿。 但由于内部结构更加复杂，特别是系统全部基于内置MCU系统的正常运行，不可避免的降低了传感器的可靠性。为了提高可靠性，就必须对传感器内置的MCU系统进行在线监控，这也就成为了智能传感器研究的重要课题。 基本原理 智能传感器使用内置的MCU系统作为系统控制核心。由于MCU系统较易受电磁干扰而发生系统程序“跑飞”，或内存单元数据突然改变现象，这种故障是随机发生的，且和运行环境有关，难于检测、排除。传统方法采用电压比较器对电源监控，采用“看门狗”对程序监控，存在的缺陷主要有：测试故障覆盖率低、难以检测变周期运行系统、测试时间太长，并可能因此而引起连锁反应，造成直接经济损失、故障处理智能度差，无法进行过程重入，从而无法实现在线故障排除。我们利用神经网络模型可以很好的解决这一问题，实现了MCU系统的智能在线监控和在线故障排除，从而极大的提高智能传感器的可靠性和运行平稳性。 2.1 神经网络模型 图 1 最简单的神经元生物模型如图1所示。它是由传递神经反应的触突，细胞核组成。如果有一个信号传到触突，触突先对信号的特点进行衡量，当刺激信号的权重和大于这个神经细胞的阈值则这个神经细胞被激发，反之则未被激发。 2.2 神经网络自诊断原理 仿造这一原理我们可以模仿大脑中的神经元结构把系统的软硬件划分为由A/D变换、数字滤波、线性化处理、标度变换、数字补偿，通讯等功能构成的神经元。每个神经元由细胞核、传递触突、阈值衡量触突组成。将这些简单的、彼此之间高度连接的处理单元组成神经网络。本文采用阈值型神经元模型,系统运行时，第N次激发的神经元的兴奋度对应的计算公式为公式（1）： an=U（|△n|-|Tn-Sn|） （1） 式中：an：第N次激发的神经元的兴奋度，an =1运行正常，an =0运行故障 |△n |：第N次激发的神经元无故障运行时的最大误差时间的理论值 Tn：第N次激发的神经元运行时间的实际值 Sn：第N次激发的神经元运行时间的理论值 2.3 神经网络自修复原理 如前所述可得，当an =1时，神经元运行正常，传递触突输出激发信息Xi=1，表明需激发神经元i，阈值衡量触突的输出Y对应的计算公式为公式（2）： Y=U（WjianXi-θ） （2） 式中：Wji：神经元j与神经元i的互联权重 θ：衡量阈值, an：第N次激发的神经元的兴奋度 Xi：传递触突输出激发信息 当Y =1