[發明專利]一種往復壓縮機信號的無鍵相角域周期分割方法

有效

• 申請號: 202011419522.7
• 申請日: 2020-12-06
• 公開（公告）號: CN112814886B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 雷芙常;王瑤;孫旭;張進杰;劉雯華;王金銘
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: F04B51/00
• 分類號: F04B51/00;G06K9/00;G06T11/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種往復壓縮機信號的無鍵相角域周期分割方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步，獲得振動信號并轉化為圖像：

1.1確定壓縮機的額定工作轉速N，計算得到壓縮機名義工作周期時長T，即

1.2利用往復壓縮機在線監測系統的缸體測點獲得壓縮機原始振動信號，記為D_original，對信號進行轉化處理：

I)首先隨機截取時間片段為兩周期2T的一小段連續振動信號數據集D＝{d₁,d₂,…,d_α}，其中α為該段振動數據集的數據點總量，即信號集D的數據長度；

II)其次，求取該段數據絕對值中的最大值D_max＝max(|D|)，在此基礎上確定繪制圖像的縱坐標范圍為(y_min，y_max)＝(-D_max-δ，D_max+δ)，其中δ為縱坐標值增量；

III)再次，在信號數據集D的數據長度α基礎上，確定繪制圖像的橫坐標范圍為(x_min,x_max)＝(-Δ,α+Δ)，其中Δ為橫坐標值增量；

IV)最后，在確定的坐標范圍內以二維條形圖的形式繪制信號圖像，同時去除坐標刻度的顯示以使得整個圖像只保留信號部分，將其保存為初始數據圖像集P₀；

1.3讀取步驟1.2中繪制的圖像P₀并將其轉化為灰度圖像，根據黑色邊緣線對應的列灰度值最小的原理，將灰度圖像邊緣多余的空白區域去除，得到調整后的灰度圖像記為P_n，其大小記為{A,B}，其中A為圖像長度，B為圖像寬度；

第二步，確定截取窗口大小：

2.1設定截取窗口基準長度為A₀，窗口長度遞增步長為ΔA，則得到一系列預設的截取窗口為W＝{(A_i,B_i)|A_i＝A₀+i×ΔA且A_i≤A，B_i＝B}，其中i＝1,2,3,…,I，其中為向下取整的值，分別用每一個預設截取窗口截取標準圖像P_n并計算截取圖像的相似度：

I)首先，用第i個預設截取窗口(A_i,B_i)截取圖像P_n，得到一系列子圖集F_i＝{f_i1,f_i2,f_i3,…,f_iJ}，其中為在預設窗口長度A_i下最多能連續截取圖像數量，為圖像長度A除以預設窗口長度A_i并向下取整的值；

II)其次，使用均值哈希算法依次計算截取后的子圖集F_i中任意兩兩子圖f_im和f_iq之間的相似度，記為s_mq＝sim(f_im,f_iq)，形成子圖相似度集合S_i＝{sim(f_im,f_iq)|m＝1,2,3,…J,q＝1,2,3,…J且m≠q}；

III)最后，計算得到第i個預設截取窗口(A_i,B_i)下所有子圖相似度的平均值

2.2重復步驟2.1依次遍歷W＝{(A_i,B_i)|A_i＝A₀+i×ΔA且A_i≤A，B_i＝B}中每一個窗口，得到對應的相似度平均值序列{avg(S_i)|i＝1,2,3,…,I}，求取序列的最大值及最大值對應的窗口大小，假定第M個窗口相似度最大為avg(S_Μ)，對應窗口大小為(A_Μ,B_Μ)；

2.3計算窗口(A_Μ,B_Μ)的長度像素對應的數據點數α_Μ：其中為向下取整的值，A為圖像P_n的長度，A_Μ為步驟2.2中最終確定的截取窗口長度像素，α為該段振動數據集的數據點總量，α_Μ即為一個壓縮機實際周期內所包含的數據點數；

第三步，識別氣閥開啟沖擊：

3.1從原始信號D起始位置開始截取前α_Μ個數據，構建一個壓縮機實際周期時長的振動信號數據集

3.2求取數據集所有數據點的絕對值采用二階極值插值的方法求取其包絡線：

I)首先，找出信號中的所有極大值點|D′|_L-max1，稱為一階極值點；

II)其次，在一階極值點中找出所有極大值點|D′|_L-max2，稱為二階極值點；

III)最后，以二階極值點作為包絡點，對包絡點采用分段三次Hermite插值多項式進行插值得到包絡線ψ＝E(k)，其中ψ為插值后的包絡點值，E為插值函數，k為數據點標號，其取值范圍為k∈[1，α_Μ]；

3.3在步驟3.2中得到的包絡線ψ＝E(k)上，首先求取范圍內的最大值點(k_max1，ψ_max1)，再求取k∈[1，k_max1]范圍內的距離最大值點最近的位置，確定其對應的數據點位置為k_sv，k_sv即為氣閥開啟的沖擊起始點；

第四步，計算氣閥開啟的相位，截取整周期信號：

4.1采集壓縮機進氣壓力值P_s、排氣壓力值P_d，計算氣閥開啟相位θ_r：其中V_cle為余隙容積、V_str為行程容積，λ為曲柄連桿比，n_e為膨脹系數；

4.2根據一個壓縮機實際周期內所包含的數據點數α_Μ和氣閥開啟相位θ_r，計算截取窗口偏移量其中為向下取整的值；

4.3以k_sv-Δα為信號周期性分割的起始點，利用一個壓縮機實際周期數據長度α_Μ對原始振動信號D_original進行整周期截取，得到無鍵相情況下壓縮機周期性截取系列窗口W_periodic＝{w_j}，其中第j個周期窗口w_j為w_j＝[(k_sv-Δα+(j-1)α_Μ)，(k_sv-Δα+(j-1)α_Μ+(α_Μ-1))]，其中j＝1,2,3,…。