[發明專利]一種基于閥口節流激振特性的閥故障診斷裝置及方法

有效

• 申請號: 201310138808.1
• 申請日: 2013-04-19
• 公開（公告）號: CN103234622A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 倪敬;湯海天;夏照寧;陳宇江;王宏亮
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08;G01M13/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

1.一種基于閥口節流激振特性的閥故障診斷裝置，采集及放大模塊，微處理器模塊，人機界面模塊，所述的采集及放大模塊包括壓電傳感器Q1、第一電容C1、第二電容C2、第一電阻R1、第二電阻R2和運算放大器Q2，所述的微處理器模塊包括DSP芯片U1TMS320F2812，所述的人機界面模塊包括兩塊SN74ALVC64245電壓轉換芯片U2、U3和T6973C液晶顯示器U4；

其特征在于：所述的壓電傳感器Q1的一端接地，另一端與第一電容C1的一端、第一電阻R1的一端和運算放大器Q2的反向輸入端連接；運算放大器Q2的正向輸入端與第二電容C2的一端和第二電阻R2的一端連接，負向電源輸入端接地，輸出端與第一電容C1的另一端、第一電阻R1的另一端、DSP芯片U1TMS320F2812的175腳連接，第二電容C2的另一端接地，第二電阻R2的另一端與DSP芯片U1TMS320F2812的174腳連接并接地；DSP芯片U1TMS320F2812的155腳、149腳、106腳、107腳分別與電壓轉換芯片U2?SN74ALVC64245的47腳、44腳、43腳、41腳連接，157腳分別與電壓轉換芯片U2?SN74ALVC64245的46腳和電壓轉換芯片U3?SN74ALVC64245的1腳連接，94腳、95腳、98腳、99腳、102腳、104腳、116腳、117腳分別與電壓轉換芯片U3?SN74ALVC64245的47腳、46腳、44腳、43腳、41腳、40腳、38腳、37腳連接；電壓轉換芯片U2?SN74ALVC64245的42腳和1腳接3.3V電源，7腳接5V電源，10腳、48腳和39腳接地，2腳、3腳、5腳、6腳、8腳分別與T6973C液晶顯示器U4的18腳、19腳、20腳、21腳、2腳連接；電壓轉換芯片U3?SN74ALVC64245的42腳接3.3V電源，7腳接5V電源，10腳、48腳和39腳接地，2腳、3腳、5腳、6腳、8腳、9腳、11腳、12腳分別與T6973C液晶顯示器U4的33腳、34腳、35腳、36腳、37腳、38腳、39腳、40腳連接；T6973C液晶顯示器U4的32腳接5V電源，63腳接地。

2.一種基于閥口節流激振特性的閥故障診斷方法：其特征在于該方法包括以下步驟：

從數據采集到故障診斷過程的算法過程分五步，如下所示：

第一步：信號采集及放大模塊通過壓電傳感器采集液壓閥振動信號；放大模塊采用電荷放大芯片OPA128JM將信號放大為電壓信號x(t)；

第二步：A/D轉換模塊使用TMS320F2812內置的12位AD轉換通道,放大后的模擬信號接芯片TMS320F2812的ADCPIN0管腳，通過中斷程序每10ms對振動電壓信號x(t)進行高速采樣，截取獲得數字信號?x(n)；FIR數字濾波模塊通過調用DSP芯片中的數字信號處理函數實現對液壓閥振動數字信號x(n)低通濾波，FIR數字濾波器的差分方程為

????????????????????(1)???????????????????????????????????????????????????????????

其中為濾波系數,?x(n-i)為振動信號輸入，N₁為濾波長度，y(n)為濾波后振動信號輸出；

第三步：FFT轉換模塊將離散信號y(n)從時域向頻域轉換，選取時間軸抽取法進行傅里葉變換，振蕩信號輸入y(n)序列點數為N,N=2^L,?L為整數，經快速傅里葉變換:

?；?????????????????(2)

?????????????????????????????(3)

將振蕩信號的序列按n的奇偶數分為兩組，則(2)式可以進一步展開?????(4)

因為Y₁(k)和Y₂(k)的周期為N/2，且由式（3）知

???????????????????????????????(5)???????????????????????

則（4）式可擴展出方程式

??????????????????????(6)

這樣便形成蝶形運算，依次經過L次分解實現對信號y(n)的快速傅里葉變換，完成信號從時域向頻域的轉換，獲得液壓閥振動信號的頻譜特性；

第四步：建立RSDA決策表，簡記為UD={U,At},U表示有限的非空對象集，即液壓閥振動時的頻譜特性及其所對應的液壓閥狀態：工況1（G1）、工況2(G2)、…、工況n(Gn)，At表示有限的非空的屬性集，即從振動信號的快速傅里葉變換結果中提取的m個頻段：F1、F2、…、Fm；采集有限n個液壓閥工況為對象集，以采集數據的m個頻段為條件屬性，工況判斷作決策屬性；某些條件屬性對于RSDA決策是冗余的，因此需要對決策表約簡；為了獲得準確的決策核，基于不同工況間頻譜特性的差異建立分辨矩陣,其分辨矩陣項為C_i,j:

C_i,j={F∈At;F(Gi)≠F(Gj),i,j=1,2,..,n}

式中，Gi,Gj為選取的工況，F(Gi),F(Gj)表示不同工況有區別的屬性，At為屬性集，F表示頻段；進而建立分辨函數為：?

?i,j=1,2,..,n?????????????????(7)

式中，表示析取，表示合??；綜上，由式(7)屬性約簡掉部分頻段，獲得最小約簡集B,；基于分辨函數約簡結果，決策規則形式如下?，R即是液壓閥的流量工況的決策規則。