[發明專利]一種基于數據匹配的LPMS質量估計方法

有效

• 申請號: 201410667958.6
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104408303B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 林京;華佳東;曾亮;高飛;黃利平;羅志
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明涉及核工程技術領域，特別涉及一種基于數據匹配的LPMS質量估計方法。

背景技術

松動部件監測系統(Loose part monitoring system,LPMS)是核電站一回路基本的安全工具之一，對核電站的安全運行具有重大意義。其中，松動件的質量估計是LPMS系統的基本功能之一。當松動件脫離、碰撞時準確估計出其質量，繼而判斷松動件的類型和危害程度，為后續的故障診斷和排除提供依據。目前常用的LPMS質量估計方法有：

(1)基于碰撞信號高低頻段能量比的質量估計方法；該方法極其依賴高低頻段分界點的選擇，同時依賴高低頻段頻帶的選擇，以上參數的不恰當選擇會產生誤差較大的質量估計結果。

(2)基于頻譜特征與模式識別的質量估計方法；一種利用模式識別和人工神經網絡理論實現LPMS質量估計的方法，主要存在以下問題：需要大量訓練樣本，學習速度慢，可能出現局部收斂。

(3)基于時頻變換的質量估計方法；該方法中的時頻變換包括：短時傅里葉變換、小波變換和S變換等。通過時頻變換將時域沖擊信號轉化為時頻譜，以時頻譜中的頻率分布信息作為質量特征參數進行質量估計。

(4)基于小波能量譜的質量估計方法。在小波變換的定義下，根據能量密度的定義可計算得到小波能量譜，其表征不同尺度所對應的能量密度函數。小波能量譜的分布情況與頻譜分布相似。

上述方法中的質量特征均依賴于頻譜或者時頻譜中的頻率信息，其基本假設認為質量是影響頻率分布的唯一因素。然而，當同一質量的松動件墜落高度不同時，碰撞速度不同，產生信號的頻率成分并不相同。在這種情況下，僅僅依靠頻率信息難以準確體現質量特征，難以保證質量估計的準確性。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于數據匹配的LPMS質量估計方法，實現不同墜落高度松動部件的質量估計。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于數據匹配的LPMS質量估計方法，包括以下步驟：

步驟一，在核電站反應堆的壓力容器壁上安裝三個壓電式加速度傳感器；

步驟二，用不同質量的鋼球從不同高度墜落敲擊壓力容器壁，通過傳感器采集沖擊信號，記為其中m代表鋼球質量，h代表墜落高度，i代表對應的傳感器編號，即通道編號；

步驟三，對沖擊信號進行傅里葉變換得到頻譜，記為計算公式為：

步驟四，為了消除高頻部分的冗余信息，選取截止頻率f_max，使頻譜80％以上的能量分布在頻段[0,f_max]中，截止頻率f_max設定在15kHz到20kHz之間；

步驟五，對有效頻段頻譜，進行n階多項式曲線擬合，記為

階次n反映擬合特性，n越大擬合曲線越能反映頻譜的細節信息，反之，n越小擬合曲線越能反映頻譜的整體信息，階次n設定在6到10之間；

步驟六，將步驟五中所得的所有信號，作為樣本組成質量估計數據庫；

步驟七，通過傳感器采集現場由松動件跌落產生的沖擊信號，記為x(t)，根據步驟三、四、五處理x(t)，得到

步驟八，查詢數據庫尋找最優匹配，通過互相關函數實現：

ρ代表兩組信號的相關系數，數學表達上是兩組信號的協方差和兩組信號標準差之積的比值，其大小反映了兩組信號的相似程度，具體數值為0至1，式中協方差與標準差的具體公式如下：

根據上述公式求出現場數據與數據庫樣本的匹配程度；

步驟九，假設數據庫包含a×b×c組樣本，其中a代表鋼球質量種類數，b代表墜落高度種類數，c代表同一質量同一墜落高度試驗重復次數，根據步驟八，共進行了a×b×c次相關性計算，選取最大的a×c個相關系數，記為ρ₁,ρ₂,ρ₃...ρ_a′c，對應樣本的質量分別為m₁,m₂,m₃...m_a′c。那么，質量估計結果為：

步驟十，根據步驟七、八、九得到單個通道的質量估計結果，由于采用了三個傳感器，得到三個質量估計結果，分別記為mas₁，mas₂和mas₃，剔除偏離平均值最大的結果，其編號為