[發明專利]一種單向閥性能退化評估裝置及其診斷方法

在審

• 申請號: 201910132854.8
• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN109974985A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 王曉東;李祥;吳建德;馬軍;李卓睿;徐俊祖
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G06K9/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種單向閥性能退化評估裝置及其診斷方法。包括加速度傳感器，用于采集待測單向閥的振動信號并將振動信號轉化為模擬信號；數據預處理模塊，用于將模擬信號進行放大、濾波降噪及A/D轉換，得到預處理后的振動信號；特征參數提取模塊，用于對預處理后的振動信號進行特征參數提取，模糊c?均值聚類評估模塊，用模糊聚類方法訓練樣本數據的特征矢量得到正常和失效狀態的模糊聚類中心，并計算待測試數據相對于樣本數據的隸屬度，待測試數據偏離正常狀態的程度表示單向閥性能退化的程度。本發明引入了隸屬度進行評估，隸屬度的大小可以用來評判單個樣本偏離聚類中心的歐幾里得距離程度，能夠大大提高評估模型的準確性。

技術領域

本發明涉及一種單向閥性能退化評估裝置及其診斷方法，屬于機械產品質量可靠性評估與故障診斷技術領域。

背景技術

大型隔膜泵屬于往復泵的范疇，應用于輸送高壓、高溫、高腐蝕等復雜工況的固液兩相介質，在石油、化工、煤炭、冶金、制糖和污水處理等工業生產領域應用較廣。單向閥作為泵的一個重要機械零部件，需具有良好的快開/快關、密封性及承壓性，因而比泵的其他部件更容易出現故障，其性能狀態的好壞直接影響整臺設備的運行可靠性。一般來說，單向閥在使用過程中都會經歷從正常到退化直至失效的過程，而這期間通常要經歷一系列不同的性能退化狀態。如果能夠在單向閥性能退化的過程中監測到單向閥性能退化的程度，那么就可以有針對性地組織生產和制定合理的維護計劃，防止設備異常失效的發生。

模糊c-均值聚類算法是從優化聚類分析的角度將輸入值進行合理的模糊劃分，從而得到若干個模糊的分類。目前模糊c-均值聚類算法已經成功地應用于包括特征分析、數據分析和分離器設計等諸多問題的解決中，并廣泛的應用于機械工程、數據挖掘、圖像分析、醫學診斷以及目標識別等多種領域。模糊c-均值聚類算法僅對正常樣本進行模型訓練，這為故障診斷中的異常數據匱乏問題提供了解決途徑。此外，該方法具有計算速度快、魯棒性強、預設置參數少等特點。

發明內容

本發明提供了一種單向閥性能退化評估裝置及其診斷方法，以用于解決目前單向閥性性能退化評估中缺乏對其穩健性評估的問題，進一步提升了評估精度及準確性。同時以便及時發現單向閥的早期故障時刻和失效時刻。

本發明的技術方案是：一種單向閥性能退化評估裝置，包括

加速度傳感器，用于采集待測單向閥的振動信號并將振動信號轉化為模擬信號；

數據預處理模塊，用于將模擬信號進行放大、濾波降噪及A/D轉換，得到預處理后的振動信號，便于后續的特征參數提取；

特征參數提取模塊，用于對預處理后的振動信號進行特征參數提取，并對提取的特征參數使用線性函數轉換方法歸一化處理得到特征參數向量，便于后續的聚類和隸屬度計算；

模糊c-均值聚類評估模塊，用于將單向閥性能正常時采集預處理的正常樣本數據特征提取后得到的特征參數向量按正常使用期和快速失效期進行聚類，由此訓練得到正常使用期聚類中心和快速失效期聚類中心，然后計算待測試樣本數據相對于正常狀態模糊聚類中心的隸屬度，此隸屬度作為性能退化指標DI來表征待測樣本數據偏離正常狀態的程度來表示單向閥性能退化的程度。

進一步地，所述加速度傳感器采取了三個方向的安裝方式，分別為軸向、徑向和垂直方向，以保證信號的可比性。

進一步地，所述數據預處理模塊包括NI SCXI加速度計輸入模塊、NI SCXI信號調理機箱、NI多功能數據采集卡；

所述NI SCXI加速度計輸入模塊：用于將加速度傳感器輸出的信號轉換成便于傳輸、顯示、記錄和輸出的信號；

所述NI SCXI信號調理機箱：用于對NI SCXI加速度計輸入模塊輸入的信號進行放大、濾波降噪及A/D轉換，通過信號調理機箱的背板總線和電纜適配器輸入到數據采集卡；