本發(fā)明涉及一種氣體傳感器陣列故障診斷方法，具體涉及一種基于滑動時間窗口算法(stw)-gated?transformernetwork(gtn)和gadf-mtf-iresnet(格拉姆角差場-馬爾可夫轉(zhuǎn)移場-改進深度殘差網(wǎng)絡(luò))的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法。

背景技術(shù)：

1、氣體傳感器陣列作為電子鼻系統(tǒng)的關(guān)鍵信息獲取部件，傳感器的突發(fā)故障會導(dǎo)致傳感器陣列輸出信號變化從而影響已有智能分析模型的分析準(zhǔn)確性。隨著電子鼻系統(tǒng)應(yīng)用場景的日趨復(fù)雜，長期使用過程中氣體傳感器不可避免地會發(fā)生諸如接觸點開焊、加熱器退化、電源波動等突發(fā)故障，導(dǎo)致傳感器陣列響應(yīng)輸出不穩(wěn)定。因此，有必要對電子鼻系統(tǒng)中的氣體傳感器陣列的異常狀態(tài)進行監(jiān)測。及時對傳感器進行故障檢測、隔離與診斷，對提升電子鼻系統(tǒng)的可靠性和可維護性具有重要意義。

2、傳統(tǒng)基于pca及相近方法的故障檢測、隔離與診斷方法利用mos氣體傳感器陣列在未通入目標(biāo)氣體情況下的正常信號進行建模。首先利用spe或t2統(tǒng)計量實現(xiàn)故障檢測，再結(jié)合貢獻圖方法對故障傳感器進行隔離，最后利用分類算法解決故障診斷問題。然而，mos傳感器陣列工作過程中對目標(biāo)氣體的響應(yīng)同樣會引起spe或t2統(tǒng)計量的突變，從而產(chǎn)生一定程度的故障誤報。現(xiàn)有mos氣體傳感器故障檢測方法大多并未考慮傳感器對氣體正常響應(yīng)情況下的故障檢測。此外，基于貢獻圖的故障隔離方法對單一故障傳感器的隔離準(zhǔn)確率較高，但在多故障模式下無法準(zhǔn)確隔離多個故障傳感器，存在對mos氣體傳感器陣列故障定位的誤報或漏報問題。最后，現(xiàn)有研究利用仿真軟件在正常響應(yīng)信號上疊加不同故障模式的仿真信號來獲取實驗樣本，并不能夠完全復(fù)現(xiàn)物理層面上故障信號的特征。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對傳統(tǒng)的mos氣體傳感器陣列故障檢測方法和基于貢獻圖的故障隔離方法存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法。該方法能有效降低故障檢測的誤報率，具有很好的故障識別性能，適合長遠的推廣及應(yīng)用。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、一種面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法，包括如下步驟：

4、步驟一、構(gòu)建stw故障檢測數(shù)據(jù)集，將傳感器陣列多維響應(yīng)信號數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為滑動時間窗口數(shù)據(jù)集；

5、步驟二、將經(jīng)stw分割處理后的多維響應(yīng)信號輸入gtn故障檢測模型，利用gtn故障檢測模型實現(xiàn)逐窗口故障檢測，準(zhǔn)確區(qū)分正常信號與故障信號的多維時間序列片段，得到故障檢測結(jié)果，若該檢測結(jié)果為檢測到故障發(fā)生，則執(zhí)行步驟三；

6、步驟三、構(gòu)建gadf-mtf故障識別數(shù)據(jù)集，將傳感器陣列多維響應(yīng)信號數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化為gadf-mtf熱度圖像數(shù)據(jù)集；

7、步驟四、構(gòu)建基于iresnet的故障識別網(wǎng)絡(luò)；

8、步驟五、將gadf-mtf故障識別數(shù)據(jù)集輸入到基于iresnet的故障識別網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)熱度圖特征利用基于iresnet的故障識別網(wǎng)絡(luò)對每個傳感器的響應(yīng)信號類型進行識別，確定故障傳感器的位置和故障類型，得到故障識別結(jié)果。

9、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

10、1、本發(fā)明利用基于stw和gtn的故障檢測模型充分提取了時間窗樣本的時間和空間相關(guān)性特征，從而有效區(qū)分傳感器陣列正常響應(yīng)信號與故障信號，解決了故障檢測過程中傳感器陣列對目標(biāo)氣體正常響應(yīng)的故障誤報率高的問題。

11、2、gadf-mtf信號編碼方法融合了gadf對信號的時間依賴性特征和mtf對信號的一階馬爾可夫鏈轉(zhuǎn)移概率特征，增強了對傳感器陣列響應(yīng)信號的特征表達能力，有效突出了信號的類間差異。

12、3、本發(fā)明利用psa提升了深度殘差網(wǎng)絡(luò)對特征圖多尺度信息的表達能力，同時通過lip增強了網(wǎng)絡(luò)對重要特征信息的有效關(guān)注，有效提高了故障診斷模型對故障信號類型的識別準(zhǔn)確率和泛化能力。

技術(shù)特征：

1.一種面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法，其特征在于所述步驟一的具體步驟如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法，其特征在于所述步驟步驟一三中，為分割好的時間窗樣本依次打上故障類或正常類標(biāo)簽，并使用腳本將數(shù)據(jù)集隨機劃分為訓(xùn)練集和測試集。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法，其特征在于所述步驟三的具體步驟如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法，其特征在于所述步驟三三中，為生成的熱度圖像樣本打上故障類別標(biāo)簽，并使用腳本將數(shù)據(jù)集隨機劃分為訓(xùn)練集和測試集。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法，其特征在于所述步驟四的具體步驟如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法，其特征在于所述lip模塊通過網(wǎng)絡(luò)g主動學(xué)習(xí)特征判別準(zhǔn)則，g被命名為logit模塊，在網(wǎng)絡(luò)g后增加exp(·)運算，得到：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向電子鼻的mos氣體傳感器陣列故障診斷方法，其特征在于所述psa模塊的實現(xiàn)步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種面向電子鼻的MOS氣體傳感器陣列故障診斷方法，所述方法包括如下步驟：一、構(gòu)建STW故障檢測數(shù)據(jù)集；二、將經(jīng)STW分割處理后的多維響應(yīng)信號輸入GTN故障檢測模型，得到故障檢測結(jié)果，若該檢測結(jié)果為檢測到故障發(fā)生，則執(zhí)行三；三、構(gòu)建GADF?MTF故障識別數(shù)據(jù)集；四、構(gòu)建基于IResnet的故障識別網(wǎng)絡(luò)；五、將GADF?MTF故障識別數(shù)據(jù)集輸入到基于IResnet的故障識別網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)熱度圖特征利用基于IResnet的故障識別網(wǎng)絡(luò)對每個傳感器的響應(yīng)信號類型進行識別，確定故障傳感器的位置和故障類型，得到故障識別結(jié)果。該方法能有效降低故障檢測的誤報率，具有很好的故障識別性能，適合長遠的推廣及應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：陳寅生,陳雨虹,石金龍,王名揚,陳紫妍
受保護的技術(shù)使用者：哈爾濱理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14