[發(fā)明專利]一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)力波檢測(cè)與分析系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910814133.5
• 申請(qǐng)日: 2019-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110487917A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張明哲;程遲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶高開(kāi)清芯科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): G01N29/44
• 分類號(hào): G01N29/44;G01N29/46;G01N29/14
• 代理公司: 11416 北京律恒立業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)
• 代理人: 龐立巖;顧珊<國(guó)際申請(qǐng)>=<國(guó)際公布>=

本發(fā)明提出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)力波檢測(cè)與分析的系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作流程如下：對(duì)設(shè)備部件產(chǎn)生的混雜著振動(dòng)信號(hào)及其他低頻噪聲的應(yīng)力波信號(hào)，應(yīng)力波傳感器探測(cè)并進(jìn)行放大和濾波處理，然后解調(diào)得到模擬應(yīng)力波信號(hào)；之后使用數(shù)字處理單元接收模擬信號(hào)，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理并發(fā)送給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)對(duì)一定格式的原始數(shù)據(jù)文件進(jìn)行處理和分析，作出診斷報(bào)告，其中分析和診斷步驟采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法，當(dāng)使用PNN網(wǎng)絡(luò)時(shí)，時(shí)域和頻域特征作為網(wǎng)絡(luò)輸入，輸出層為對(duì)照相應(yīng)事件作出的決策。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種檢測(cè)分析系統(tǒng)，特別涉及一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)力波檢測(cè)與分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)

設(shè)備的故障檢查與及時(shí)維修是不僅是對(duì)設(shè)備本身的安全可靠運(yùn)行，也是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的保證。傳統(tǒng)的振動(dòng)分析方法需要從很大的信號(hào)范圍，通過(guò)相對(duì)平坦的頻率響應(yīng)來(lái)檢測(cè)寬范圍的頻率特征變化去尋找故障信號(hào)，在故障早期對(duì)機(jī)器摩擦的輕微變化不敏感。只有在故障惡化之后，振動(dòng)水平顯著升高，振動(dòng)傳感器才能檢測(cè)到異常。

因此，需要一種靈敏性高，維修成本與更換設(shè)備成本低的設(shè)備對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障的檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)力波檢測(cè)與分析系統(tǒng)，應(yīng)力波傳感器有很窄的頻率范圍和極高的頻率響應(yīng)，因此對(duì)機(jī)械表面的缺陷非常敏感，便于對(duì)設(shè)備的故障檢測(cè)；應(yīng)力波監(jiān)測(cè)是一種預(yù)測(cè)維修手段，支持主動(dòng)維修，可以更及時(shí)有效的對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行發(fā)現(xiàn)并處理，降低維修和更換設(shè)備的成本；該系統(tǒng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以幫助對(duì)應(yīng)力波信號(hào)所反映的設(shè)備健康狀態(tài)、故障類型做出更自動(dòng)化、智能化的判斷，增加裝置的適用性。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)力波檢測(cè)與分析系統(tǒng)，包括應(yīng)力波傳感器、數(shù)字處理單元以及分析模塊；其中，所述應(yīng)力波傳感器用于將設(shè)備部件間摩擦產(chǎn)生的應(yīng)力波信號(hào)轉(zhuǎn)換為應(yīng)力波脈沖序列；所述數(shù)字處理單元用于接收來(lái)自多個(gè)所述應(yīng)力波傳感器的應(yīng)力波脈沖序列，并對(duì)應(yīng)力波脈沖序列進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理；所述分析模塊從時(shí)域和頻域上對(duì)所述數(shù)字處理單元發(fā)來(lái)的數(shù)字應(yīng)力脈沖波數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)提取的信息進(jìn)行處理，得到相應(yīng)的故障報(bào)告。

優(yōu)選的，所述應(yīng)力波傳感器包括換能元件、與所述換能元件相連的模擬信號(hào)調(diào)制網(wǎng)絡(luò)以及解調(diào)器，其中，所述換能元件用于將設(shè)備部件間摩擦產(chǎn)生的應(yīng)力波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，發(fā)送給所述模擬信號(hào)調(diào)制網(wǎng)絡(luò)，所述模擬信號(hào)調(diào)制網(wǎng)絡(luò)中的高頻帶通濾波器將電信號(hào)放大和過(guò)濾處理，所述解調(diào)器用于將放大和過(guò)濾處理后的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為應(yīng)力波脈沖序列。

優(yōu)選的，所述數(shù)字處理單元包括電源模塊、通信模塊、高速AD采樣模塊、CPU和CPLD；其中，所述電源模塊用于供電；所述通信模塊用于與上位機(jī)通信，將處理后的信號(hào)發(fā)送至上位機(jī)；所述高速AD采樣模塊，用于接收來(lái)自多個(gè)所述應(yīng)力波傳感器的應(yīng)力波脈沖序列并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述CPLD用于對(duì)應(yīng)力波脈沖序列進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；所述CPU用于與CPLD之間的數(shù)據(jù)傳輸和同步控制。

優(yōu)選地，所述分析模塊包括信息提取模塊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模塊；其中，所述信息提取模塊通過(guò)應(yīng)力波能量圖和/或直方圖和/或頻譜分析，從時(shí)域和頻域上對(duì)數(shù)字應(yīng)力脈沖波數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模塊，用于將所述信息提取模塊提取的信息通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行處理，生成故障報(bào)告。

優(yōu)選的，所述應(yīng)力波傳感器滿足以下標(biāo)準(zhǔn)：在所述應(yīng)力波傳感器共振頻率下具有共振增益；在標(biāo)準(zhǔn)值的+/-10％的公差范圍內(nèi)提供諧振能量積分的總能量值，并且可以使用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試裝置測(cè)量得到用于校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；諧振輸出在一定周期內(nèi)衰減到一半的幅度，并在對(duì)應(yīng)于解調(diào)器低通的轉(zhuǎn)角頻率的周期數(shù)中降至低于初始響應(yīng)的20％。

優(yōu)選的，所述分析模塊對(duì)所述數(shù)字處理單元發(fā)來(lái)的數(shù)字應(yīng)力脈沖波數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域特征提取時(shí)：將數(shù)字應(yīng)力脈沖波數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的壓縮，形成多種波形特征；具體方式為：以一定時(shí)間長(zhǎng)度作為一個(gè)窗口，計(jì)算每個(gè)窗口內(nèi)數(shù)據(jù)的極大值，極小值、均值、方差。