[發(fā)明專利]基于振動信號處理的混凝土泵車排量計量方法及計量系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2014-06-06
• 公開（公告）號: CN104061149A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設計）人: 李舜酩;江星星;周東旺;王勇;程春
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發(fā)明屬于機械狀態(tài)檢測、振動信號處理和混凝土計量裝置和探測設備領域，尤其涉及基于振動信號處理的混凝土泵車排量計量方法及計量系統(tǒng)。

背景技術

在混凝土泵送施工工程中，混凝土的攪拌和泵送通常是在相距較遠的兩地進行，需要泵車排量計量系統(tǒng)來解決施工方與用戶之間信息不對稱問題。此外泵車運行狀態(tài)監(jiān)測、施工管理和施工質(zhì)量、泵車質(zhì)量評價等方面也存在對排量計量系統(tǒng)的需求。混凝土泵排量計量技術已成為一項亟待解決的工程實際應用技術問題。

在排量計量方面眾多學者做了許多研究工作，但目前都尚未實現(xiàn)高效排量計量功能。正使用或正處于研究的計量方法主要包括基于開關傳感器的計量方法；基于主液壓泵排油量的計量方法；基于實測吸入容積效率的計量方法；基于壓力和位移的計量方法等。現(xiàn)有探索、實驗中的技術方案都因泵車自身特點如泵送效率、容積效率等靠經(jīng)驗進行設定，缸內(nèi)壓力測量難度大，測量傳感器工作條件惡劣容易損壞，造成計量精度難以提高的問題，需要探索新的計量方法。

泵車工作在不同狀態(tài)下外在特征的載體是振動信號，信號特征表現(xiàn)為復雜的非平穩(wěn)性、自相似性及出現(xiàn)混沌和分形等非線性特征。其內(nèi)在體現(xiàn)為整車系統(tǒng)各部件間相互作用，出現(xiàn)復雜的非線性動力學行為。不同工作狀態(tài)下系統(tǒng)工作的內(nèi)在動力學行為往往不同，從而振動信號特征也體現(xiàn)出不同。如果可以檢測出各工作排量下不同信號特征參數(shù)，利用不同特征參數(shù)標定排量，就可以實現(xiàn)排量的測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種基于振動信號處理的混凝土泵車排量計量方法及計量系統(tǒng)，通過極值增量DFA分析法，可以有效地濾除非平穩(wěn)時間序列中的各種不相關趨勢，從而揭示其系統(tǒng)內(nèi)部動力學機制，能夠客觀的量化信號的復雜特性；根據(jù)極值增量DFA法獲取尺度波動參數(shù)來對不同來工作狀態(tài)進行識別，極大地降低排量測量難度且此種外部測量方式可大大提高測量可靠性，有效解決了現(xiàn)有方法存在的計量效率和計量精度不足等問題。

本發(fā)明為解決上述技術問題，采用如下技術方案：

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、從實際操作來看本發(fā)明方法避免現(xiàn)有方法測量混凝缸內(nèi)壓力以及活塞位移等問題，直接利用液壓泵體振動信號測量排量，可以極大地降低排量測量難度。

2、本發(fā)明方法是一種外部測量方式可大大提高測量可靠性，并且本方法對測量環(huán)境的適應性較強，可避免現(xiàn)有方法計量效率低、測量結(jié)果不穩(wěn)定等問題。

附圖說明

圖1為泵車排量參數(shù)數(shù)據(jù)庫組成向量形成流程圖。

圖2為DFA分析法計算流程圖。

圖3為排量參數(shù)數(shù)據(jù)庫形成流程圖。

圖4為實時排量的標定流程圖。

圖5為混凝土泵送量的計量流程圖。

圖6為泵車排量計量系統(tǒng)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明：

基于振動信號處理的混凝土泵車排量計量方法，包括如下步驟：

本發(fā)明首先需要形成的排量參數(shù)數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明方法形成排量參數(shù)數(shù)據(jù)庫使用的信號為若干已知工作狀態(tài)下的振動數(shù)據(jù)，這些工作狀態(tài)下工作排量必須覆蓋泵車常用工作范圍，各種狀態(tài)需采集多組數(shù)據(jù)。

排量參數(shù)數(shù)據(jù)庫是由若干組尺度波動參數(shù)與排量構成的向量組成，向量形成流程如圖1所示，具體步驟如下：

步驟1，預先設定多個泵車排量，利用加速度傳感器從分動箱體上采集獲取其中一個泵車排量對應的多組振動信號；

步驟2，提取其中一組振動信號的極值點，M是采樣點數(shù)，獲取滿足如下條件的極值點對應的極值時間序列，其中，或其中j≥2，j≤M-1，j為正整數(shù)，i＝1,…,N，N為極值點的個數(shù)；

步驟3，對極值時間序列進行增量分析，獲取極值時間增量序列Δx_i＝x_i+1-x_i，i＝1,…,N-1，應用DFA算法對極值時間增量序列進行分析，得到雙對數(shù)標度律曲線，提取該標度律曲線的兩個端點對應的尺度波動參數(shù)；

步驟4，重復步驟2至步驟3，獲取步驟1中多組振動信號對應的多組尺度波動參數(shù)，并對多組尺度波動參數(shù)求平均值，將該泵車排量及其對應的尺度波動參數(shù)平均值組成向量V_i代表泵車該狀態(tài)下的排量，為該狀態(tài)下的標度律曲線兩端尺度參數(shù)；