[發(fā)明專利]一種化學(xué)傳感器陣列的故障檢測及診斷方法

在審

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• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112098600A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳寅生;宋凱;劉繼江;金鵬飛;張偉巖
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00;G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

1.一種化學(xué)傳感器陣列的故障檢測及診斷方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：采集化學(xué)傳感器陣列的輸出信號，并結(jié)合歷史輸出信號，組成訓(xùn)練集；

步驟二：利用訓(xùn)練集訓(xùn)練基于多變量相關(guān)向量機的多元回歸模型；

步驟三：利用訓(xùn)練好的基于多變量相關(guān)向量機的多元回歸模型對化學(xué)傳感器陣列中的各個傳感器的測量值進(jìn)行預(yù)測；

步驟四：判斷各個傳感器測量值是否發(fā)生突變；

步驟五：根據(jù)各個傳感器測量值是否發(fā)生突變進(jìn)行一致性判定，然后根據(jù)一致性判定結(jié)果判斷化學(xué)傳感器陣列是否運行正常，若化學(xué)傳感器陣列運行不正常，則通過訓(xùn)練好的多分類相關(guān)向量機分類器判定故障類型。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)傳感器陣列的故障檢測及診斷方法，其特征在于所述步驟四中傳感器測量值是否發(fā)生突變通過計算傳感器的實際測量值與估計測量值的預(yù)測誤差的絕對值判斷。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)傳感器陣列的故障檢測及診斷方法，其特征在于所述步驟四中傳感器測量值是否發(fā)生突變的判定步驟為：

首先計算第i個傳感器的實際測量值x_i(k+1)與估計測量值的預(yù)測誤差的絕對值|δ_i|，然后設(shè)定一個閾值，當(dāng)|δ_i|大于該閾值時，則判定在當(dāng)前時刻傳感器的測量值發(fā)生了突變。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種化學(xué)傳感器陣列的故障檢測及診斷方法，其特征在于所述閾值為3σ，σ為估計測量值對應(yīng)的方差。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種化學(xué)傳感器陣列的故障檢測及診斷方法，其特征在于所述步驟五中一致性判定的具體步驟為：

若在某一時刻，化學(xué)傳感器陣列中一個化學(xué)傳感器的估計測量值大于設(shè)定閾值，則從此時開始獲取一段時間內(nèi)化學(xué)傳感器陣列中所有傳感器的后續(xù)實際測量值，并判斷是否發(fā)生突變，在該段時間內(nèi)統(tǒng)計每個化學(xué)傳感器實際測量值中超過閾值的比例，若所有化學(xué)傳感器中的該比例都大于60％、都小于60％或都等于60％時，則判定具有一致性，不存在故障，否則，判定為不具有一致性，具有故障。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種化學(xué)傳感器陣列的故障檢測及診斷方法，其特征在于所述多分類相關(guān)向量機分類器的訓(xùn)練過程為：

1)對故障信號進(jìn)行采集，并將故障信號存儲于訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)庫[S₁,S₂,…,S_k]，S_k表示第k類故障信號樣本集；

2)對[S₁,S₂,…,S_k]中每個故障信號樣本進(jìn)行Z-score標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)化訓(xùn)練樣本

3)對標(biāo)準(zhǔn)化訓(xùn)練樣本中的每個故障信號進(jìn)行改進(jìn)多尺度分解，得到m組粗粒化時間序列；

4)分別計算m組粗粒化時間序列的樣本熵，并組成特征向量v＝[d₁,d₂,…,d_m]^T，將所有故障類型訓(xùn)練樣本的特征向量組成訓(xùn)練樣本特征集；

5)通過訓(xùn)練樣本特征集對多分類相關(guān)向量機分類器進(jìn)行訓(xùn)練，獲得故障識別模型；

6)對測試信號進(jìn)行改進(jìn)多尺度樣本熵特征提取構(gòu)造特征向量，通過多分類相關(guān)向量機分類器對測試信號進(jìn)行故障診斷，輸出診斷結(jié)果；

7)將測試過程中的特征向量補充到訓(xùn)練樣本特征集，對多分類相關(guān)向量機分類器進(jìn)行在線更新。