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专利名称：在变送器中实现的劣化传感器检测的制作方法
在变送器中实现的劣化传感器检测相关申请的交叉引用本申请基于2011年3月21提交的US临时专利申请序列号61/454815并要求其权益，在此将其一并作为参考。
背景技术：
本公开涉及一种用于过程控制和监控系统中的过程变量变送器。更具体地，本公开涉及使用嵌入在变送器中的组件来检测传感器劣化或故障。过程变量变送器用于测量过程控制监控系统中的过程参数。基于微处理器的变送器通常包括传感器、用于将来自传感器的输出转换为数字形式的模数转换器、用于补偿数字化输出的微处理器以及用于发送补偿输出的输出电路。目前，通常在过程控制回路上 (例如，4-20毫安控制回路)或无线地完成这种发送。这种过程变量变送器通常通过过程控制回路与主机系统相连。一些当前的主机系统在故障变为危急之前，使用被称作估计的标准误差(Se)统计量的统计量来分析测量数据，以预测传感器或其它过程组件是否出现故障。例如，一些这种主机系统使用Se统计量来确定传感器之一(例如热电偶)是否劣化但还未出现故障。其它主机系统在严重损坏发生之前使用Se统计量来识别特定过程故障(例如，核反应堆失控)。为了提供足够精确的这种类型的信息，必须以至少每秒一次或更频繁地更新传统的Se等式。更具体地，Se统计量被用于确定线性区域上传感器信号的标准偏差值。这有助于识别数据线性化的程度或跟踪线性化的程度。以下示出用于这种统计量的等式的一个示例A ~........1—. ·Pri I
nfn^ —I ItEq. IB-T- ———Eq. 2fj = AiM + SEq. 3
I Ti s = MiCiii.^ ,
、,,-2)Eq-4其中，n=样本的数目(一般地，12至2O)i=样本编号(I至η)
η个平均输入
fi=计算的输入Ti =采样的输入t =更新时间
Se =估计的标准误差针对多种过程变送器上使用的嵌入式微控制器系统，这些等式是强调资源(resource intensive)。对于要被分析的每个传感器,该嵌入式微控制器系统需要相对大量的随机访问存储器。等式的求解(resolution)也是非常强调时间的，这会减少可用于传感器处理正常测量信号输入的时间量。

发明内容
一种过程变量变送器包括存储器，所述存储器存储已滤波传感器值和已滤波变化率值，基于先前接收的传感器值计算所述已滤波传感器值，基于先前变化率值计算所述已滤波变化率值。过程变量变送器还包括控制器，所述控制器接收传感器值，并将传感器值与已滤波传感器值进行比较来获得变化率值。控制器还将变化率值与已滤波变化率值进行比较来获得偏差值，并且基于偏差值产生指示，可以是传感器故障警告输出。这些在过程变量 变送器中进行。


图I是在过程中与主机系统和传感器耦合的过程变量变送器的简化框图。图2是示出了图I所示系统的操作的一个实施例的流程图。图3是示出了针对多个传感器图I所示系统的操作的一个实施例的流程图。图4是示出了多个过程变量变送器和多个传感器的一个实施例的框图。图5是示出了图4所示系统的操作的一个实施例的流程图。
具体实施例方式图I是根据一个实施例的变送器10的简化框图。在图I示出的实施例中，变送器10包括模数(A/D)转换器12、处理器14、存储器16和输入/输出(I/O)组件18。示意性地，过程变量变送器10还包括调节组件19。示出了变送器10与多个不同过程变量(PV)传感器22和24耦合。还示出了变送器10通过控制回路26与主机系统20耦合。当然，变送器10还可以与无线通信链路相连，而不用与过程控制回路26相连或除此之外还与过程控制回路26相连。在一个实施例中，过程控制回路26向变送器10提供电能。示意性地，传感器22和24是从被感测的过程28接收输入的过程变量传感器。示意性地，例如，传感器22可以是感测温度的热电偶，传感器24也可以是热电偶或不同传感器，例如，流量传感器。其它的PV传感器可以包括多种传感器，例如压力传感器、pH传感器等等。示意性地，传感器22和24向调节组件19提供对所感测过程变量加以指示的输出。示意性地，调节组件19通过例如放大从传感器22和24接收的信号以及对其进行线性化来调节从传感器22和24接收的信号，并向A/D转换器12提供所述信号。因此提供给A/D转换器12的模拟信号指示了所感测的参数。A/D转换器12将模拟信号转换为数字信号，并将其提供给处理器14。在一个实施例中，处理器14是计算机微处理器或微控制器，具有相关联的存储器16和时钟电路(未示出)，并向I/O组件18提供关于所感测参数的信息。I/O组件18进而通过控制回路26向主机系统20提供该信息。I/O组件18可以经由控制回路26，通过控制流经回路26的电流(I)以数字形式或模拟形式提供信息。在任何情况下，变送器10经由过程控制回路26提供关于所感测参数的信息。在图I示出的实施例中，处理器14还包括传感器偏差检测器30。检测器30对与传感器22和24提供的传感器信号相关的统计量进行检测，并且识别传感器22和24是否劣化、故障或即将出现故障。图2是示出了过程变量变送器10的操作的流程图，特别是识别出现故障或即将出现故障的传感器中的传感器偏差检测器30。如上所述，一些传统主机系统计算估计的标准误差(Se)统计量来分析测量数据以尝试识别故障传感器。但是，相信这些并非在嵌入变送器10的组件中完成。相反，传感器偏差检测器30可以处理从A/D转换器12接收的传感器信号来识别劣化、故障或即将出现故障的传感器。通过以上操作，传感器14首先从A/D转换器12接收传感器输入值。这由图2中的块40指示。然后，传感器偏差检测器30没有计算Se值，而是使用延迟算子 (operator)(或滤波器)访问存储器16,并将来自传感器的输入数据与已滤波传感器信号进行比较来获得传感器信号变化率的估计。这可以如下来完成
权利要求
1.一种过程变量变送器，包括 传感器，所述传感器感测过程变量，并且提供对所感测过程变量加以指示的传感器值；存储器，所述存储器存储已滤波传感器值和已滤波变化率值，所述已滤波传感器值是基于先前接收的传感器值来计算的，所述已滤波变化率值是基于先前变化率值来计算的；控制器，所述控制器从感测过程变量的传感器接收传感器值，将传感器值与已滤波传感器值进行比较以获得变化率值，所述控制器还将变化率值与已滤波变化率值进行比较以获得偏差值，并基于偏差值产生输出指示。
2.如权利要求I所述的过程变量变送器，还包括 输出组件，所述输出组件通过通信链路向主机系统提供输出指示，作为传感器故障或劣化警告输出。
3.如权利要求2所述的过程变量变送器，其中，输出组件在过程控制回路上提供传感器故障警告输出。
4.如权利要求I所述的过程变量变送器，其中，控制器通过产生先前接收的传感器值的滚动平均值，计算已滤波传感器值。
5.如权利要求4所述的过程变量变送器，其中，控制器基于传感器值和已滤波传感器值产生更新的已滤波传感器值，并在存储器中存储更新的已滤波传感器值，作为已滤波传感器值。
6.如权利要求5所述的过程变量变送器，其中，控制器通过产生先前变化率值的滚动平均值，计算已滤波变化率值。
7.如权利要求6所述的过程变量变送器，其中，控制器基于变化率值和已滤波变化率值产生更新的已滤波变化率值，并在存储器中存储更新的已滤波变化率值，作为已滤波变化率值。
8.如权利要求I所述的过程变量变送器，其中，控制器从多个不同传感器接收多个传感器值，并获得与多个传感器值中的每ー个相对应的变化率值。
9.如权利要求8所述的过程变量变送器，其中，控制器将多个传感器值中的每ー个传感器值的特性彼此进行比较，以确定特性是否表现出期望的彼此关系。
10.如权利要求I所述的过程变量变送器，其中， 控制器根据以下等式将传感器值与已滤波传感器值进行比较 .真=其中， X是变化率值的估计； y是接收的传感器值； 5是I个先前接收的传感器值的平均值； 并且，控制器根据以下等式获得偏差值 dev = |λ* — X1I 其中，ち是i个先前变化率值的平均值。
11.ー种使用过程变量变送器中的处理器来识别传感器信号的特性的方法，所述方法包括 在过程变量变送器中的处理器处，从感测过程变量的传感器接收传感器值；利用过程变量变送器中的处理器，将传感器值与存储在过程变量变送器的存储器中的存储的传感器值进行比较，存储的传感器值指示多个先前接收的传感器值； 利用过程变量变送器中的处理器，基于所述比较来识别对传感器是否正确操作加以指示的传感器特性；以及 当传感器没有正确操作时，利用过程变量变送器中的处理器来产生输出指示。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述比较产生变化率值，所述方法还包括利用过程变量变送器中的处理器，将变化率值与存储在过程变量变送器的存储器中的存储的变化率值进行比较，存储的变化率值指示多个先前变化率值；以及 所述识别包括利用过程变量变送器中的处理器，基于变化率值与存储的变化率值之间的比较来识别传感器特性。
13.如权利要求12所述的方法，其中，存储的变化率值包括递增的第一变化率值和递减的第二变化率值，其中，比较变化率值和存储的变化率值包括 将变化率值与第一和第二变化率值进行比较。
14.如权利要求12所述的方法，其中，比较变化率值和存储的变化率值给出了偏差值，识别传感器特性包括将偏差值与存储的阈值进行比较。
15.如权利要求11所述的方法，其中， 接收包括接收与多个不同传感器中的每ー个相对应的传感器值，以及比较与多个不同的传感器相对应的传感器值；并且 识别包括识别传感器特性，所述传感器特性指示传感器值是否表现出期望的彼此关系O
16.如权利要求15所述的方法，其中，产生输出指示包括当来自多个不同传感器的传感器值不能表现出期望的关系时，产生传感器警告输出。
17.如权利要求11所述的方法，还包括 在过程控制回路上向主机系统发送作为传感器警告输出的输出指示。
18.如权利要求11所述的方法，还包括 在无线通信链路上向主机系统发送作为传感器警告输出的输出指示。
19.一种过程变量变送器，包括 存储器，所述存储器存储对来自多个不同传感器的传感器值输入之间的期望的关系加以指示的预定传感器关系；以及 处理器，所述处理器被布置在过程控制变送器中，并从多个不同传感器接收输入传感器值，控制器访问存储器中的预定传感器关系以确定输入传感器值是否表现出期望的关系，如果没有，控制器产生传感器警告输出。
20.如权利要求19所述的过程变量变送器，其中，多个不同传感器均被布置来感测相同过程中的ー个或多个过程变量，其中，控制器从第二过程变量变送器接收至少一个输入传感器值。
全文摘要
本发明涉及一种在变送器中实现的劣化传感器检测。一种过程变量变送器包括存储器，所述存储器存储已滤波传感器值和已滤波变化率值，基于先前接收的传感器值计算所述已滤波传感器值，基于先前的变化率值计算所述已滤波变化率值。过程变量变送器还包括控制器，所述控制器接收传感器值，并且将传感器值与已滤波传感器值进行比较来获得变化率值。控制器还将变化率值与已滤波变化率值进行比较来获得偏差值，并且基于偏差值产生诸如传感器故障警告输出的输出指示例如。这些在过程变量变送器中进行。
文档编号G01D18/00GK102692248SQ20111030379
公开日2012年9月26日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年3月21日
发明者杰森·H·鲁德 申请人:罗斯蒙德公司