[發明專利]一種基于傳感器的監測系統及方法

有效

• 申請號: 201910609537.0
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110411497B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 陳鯉文;鄭日晶;周瑤;張文吉
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: G01D18/00
• 分類號: G01D18/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魏波

1.一種基于傳感器的監測方法，采用基于傳感器的監測系統；

其特征在于：所述系統包括傳感器單元、分析單元、輔助電源、用戶終端；

所述傳感器單元，用于采集被測對象輸入特征信號，并輸出與被測量有確定關系的物理量信號；

所述分析單元，用于對輸出的物理量信號進行分類，提取傳感器的特征信號并在不同尺度下計算信號發生異常前后的變化；

所述輔助電源分別與所述傳感器單元、分析單元連接，用于為所述傳感器單元、分析單元提供電力；

所述用戶終端通過網絡與所述分析單元連接通信，用于顯示所述分析單元分析的結果；

所述方法包括以下步驟：

步驟1：傳感器采集被測對象輸入特征信號，輸出與被測量有確定關系的物理量信號；

步驟1中，把每一個信號記作一個信號點；

其中出現次數少于閾值的信號點X_min＝{(x₁,1),(x₂,1),...,(x_nMin,1)}；

出現次數大于等于閾值信號點X_Maj＝{(x_nMin+1,0),(x_nMin+2,0),...,(x_nMin+nMaj,0)}

其中，n_Maj和n_Min分別代表多數類和少數類樣本的數量；

因此，整個輸入信號總量表示為：n_All＝n_Min+n_Maj；

步驟2：所述分析單元根據輸出的信號進行分類，然后利用小波包特征值提取分析，在不同尺度上計算信號前后能量的變化；

步驟2中，根據輸出的信號進行第一次分類形成新的局部集合X_candi；

首先計算截斷距離R：

其中，R為截斷距離，代表查詢實時輸入的信號點y的局部密度，為信號點的集合X_All的固定半徑；歐式距離d(x_p,x_q)＝||x_p-x_q||，x_p、x_q分別表示選取的信號點；

篩選出異常的信號點d(y,x_p)＜R；

一旦R確定之后，就通過KNN來選擇樣本形成新的局部集合X_candi；

步驟2中，根據輸出的信號進行第二次分類，輸出分類結果c_i，c_i∈[1,0]是對應于信號樣本x_i的類標簽，1代表少數類，0代表多數類；

在對信號點進行分類時，設定一個閾值W₁＝0.7×IR，其中信號點的不平衡率

計算每一個信號點的分值：

其中，等級R_xp表示等級越低，離查詢樣本越近，與c_i有關；

定義一個信號分矩陣RG，包含每一個信號點對應的分值：

RG(i,1)＝G_Maj(i)

RG(i,0)＝G_Min(i)

這些過程都在信號點進入之前已經完成的，所以將每一個信號點對應的分值存入參考矩陣；

每一個信號點累計求分值和，分值和的絕對值與閾值W₁進行比較，當分值和的絕對值大于W₁時，根據輸出的符號做出決策：若分值和為正，則信號點被標記為少數類樣本，若分值和為負，則信號點被標記為多數類樣本；

每一個信號點進行分類之后，多數類樣本為正常工作時傳感器的情況，少數類樣本為傳感器異常工作時的浮動；

步驟3：變化通過網絡傳到用戶終端，根據設定正常工作的閾值，與實時的輸入值進行對比，如果對比發現異常則發出提醒，此時就能判斷是由于傳感器故障而引起的數值問題。

2.根據權利要求1所述的基于傳感器的監測方法，其特征在于：步驟2中，對多數類信號、少數類信號分別進行小波分析；

設有信號x_t，根據遞推公式：

期中，是信號的共軛函數，t表示時間，a表示尺度因子，b表示平移因子，WT_f(a,b)是變換系數。

3.根據權利要求1-2任意一項所述的基于傳感器的監測方法，其特征在于：步驟3中，用戶通過設定值與實時的信號點對比，若是比較結果不符則震動提醒。