[發明專利]一種用于故障預測與健康管理的智能傳感系統

在審

• 申請號: 201810741553.0
• 申請日: 2018-07-06
• 公開（公告）號: CN109084826A
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 牛剛;李云朋
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00;G06T5/00;G06N3/04
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

本發明涉及一種用于故障預測與健康管理的智能傳感系統，包括：信號采集層，用于采集設備診斷部位的相應信號；計算處理層，用于處理信號采集層采集的信號，無線通信層，用于無線組網，并將計算處理層的處理結果向外發送；電源管理層，用于向信號采集層、計算處理層和無線通信層提供電源。與現有技術相比，本發明基于PHM的框架，采用智能傳感器的設計思想，在設備的“身上”完成對設備狀態信號的采集、壓縮和分析推理，并將壓縮后的數據特征或分析結果無線地傳輸給遠程基站或云端服務器。降低了診斷系統的硬件布置難度、系統成本以及主機的處理壓力，提高了診斷精度。

技術領域

本發明涉及一種傳感系統，尤其是涉及一種用于故障預測與健康管理的智能傳感系統。

背景技術

HM是Prognostic and Health Management的縮寫，即故障預測與健康管理。它是綜合利用現代信息技術、人工智能技術的最新研究成果而提出的一種全新的管理健康狀態的解決方案。

設備健康管理的關鍵技術即對能反映設備健康狀況信號的采集與分析。傳統的故障診斷模式首先利用傳感器從設備上采集相應信號，通過通信總線將傳感器信號傳輸給遠程的電腦，電腦提取狀態信號中的特征，最后根據信號特征和其他診斷信息來識別被診斷設備的狀態。這種診斷模式中，只具有信號采集能力的傳感器被物理的分散在較廣的區域內，如分散在大型建筑或工廠內，或分布在列車的不同車廂的不同部位中。然而，對于這種分布式系統來說，集中式處理/控制的方法往往被證實無效，或者在最佳情況下仍然效率較低。原因在于信號的長距離傳輸本身就可能失真且存在干擾，再者將多傳感器的信號幾種在一臺設備上處理無疑增加了處理設備的計算和存儲壓力。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于故障預測與健康管理的智能傳感系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種用于故障預測與健康管理的智能傳感系統，包括：

信號采集層，用于采集設備診斷部位的相應信號；

計算處理層，用于處理信號采集層采集的信號，

無線通信層，用于無線組網，并將計算處理層的處理結果向外發送；

電源管理層，用于向信號采集層、計算處理層和無線通信層提供電源。

所述的信號采集層具有數字信號接口，以及依次連接的模擬信號接口、模擬信號降噪濾波電路和模數轉換電路，所述的數字信號接口和模擬信號接口的輸入端分別連接外部數字信號傳感器和模擬信號傳感器，數字信號接口的輸出端與計算處理層連接。

所述的計算處理層采用ARM+FPGA異構架構，ARM實現系統進程控制及通信等基礎任務，FPGA實現對算法的加速。

所述的計算處理層采用機器學習或深度學習算法進行信號診斷。

所述的無線通信層采用Zigbee模塊或GPRS模塊進行通信。

所述的電源管理層包括12V轉5V的直流變換電路和LDO電源。

現有的傳感器只能實現信號的采集，而無法對信號進行分析和處理，信號在傳輸給主機處理的過程中可能會因為干擾而丟失有用信號，且增大了主機的運算負擔。與現有技術相比，本發明基于PHM的框架，采用智能傳感器的設計思想，實現在設備的“身上”即完成對設備狀態信號的采集、壓縮和分析推理，并將壓縮后的數據特征或分析結果無線地傳輸給遠程基站或云端服務器。不僅降低了診斷系統的硬件布置難度、系統成本以及主機的處理壓力，同時也極大的提高了診斷精度。不僅對設備的維護提供了及時準確的信息，也極大的減少了維護成本，提高了設備運轉的安全性和穩定性。

附圖說明

圖1為本實施例系統框架圖。