[發(fā)明專利]一種基于EMD的松脫件質(zhì)量估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110244693.9
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN112949069B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬波;張柳;譚逸;盛林
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G01N3/303
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發(fā)明涉及一種基于EMD的松脫件質(zhì)量估計方法。本發(fā)明包括如下步驟：1)沖擊信號采集及EMD處理；2)于信號主要IMF成分的質(zhì)量估計特征提取；(3)質(zhì)量估計函數(shù)模型建立及質(zhì)量估計。本發(fā)明所用質(zhì)量估計特征很好地描述了信號隨質(zhì)量變化規(guī)律，減小了跌落高度對質(zhì)量估計影響，質(zhì)量估計精度高，且計算方便，具有較好的工程實用價值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于EMD的松脫件質(zhì)量估計方法。

背景技術(shù)

松脫件監(jiān)測系統(tǒng)(Loose Parts Monitoring System，LPMS)是保證核反應(yīng)堆安全、穩(wěn)定運行的系統(tǒng)之一，其中松脫件質(zhì)量估計是LPMS中重要的一環(huán)，準確的質(zhì)量估計能對松脫件類型及危害程度進行判斷，為后續(xù)反應(yīng)堆檢修提供合理建議。現(xiàn)有松脫件質(zhì)量估計方法如下：

(1)基于碰撞信號頻率比的質(zhì)量估計方法。該方法將信號頻譜高低頻段面積比作為特征識別不同質(zhì)量沖擊信號，頻率分布易受傳播距離、跌落高度等多種因素影響，此特征不能很好地描述信號隨質(zhì)量變化規(guī)律，導(dǎo)致質(zhì)量估計誤差大。

(2)基于有限元分析的質(zhì)量估計方法。該方法通過有限元模擬沖擊信號傳播過程得到用于質(zhì)量估計的信號圖譜，根據(jù)信號頻率及幅度即可從信號圖譜中判斷松脫件質(zhì)量及對應(yīng)碰撞速度。但由于此方法質(zhì)量估計依賴于有限元模型，難以實現(xiàn)實時在線的松脫件質(zhì)量估計。

(3)基于小波包的質(zhì)量估計方法。該方法通過對信號進行小波包處理，歸一化各頻段小波包系數(shù)能量譜得到特征值矢量，將特征值矢量輸入支持向量機進行質(zhì)量估計。主要存在問題為：算法復(fù)雜，計算時間較長，實際應(yīng)用價值較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述問題提出了一種基于EMD的松脫件質(zhì)量估計方法。本方法通過EMD對信號進行預(yù)處理，提取信號主要IMF成分imf_m，針對imf_m提取質(zhì)量估計特征M_E，并針對不同跌落高度條件分別建立函數(shù)模型，最后統(tǒng)一各跌落高度函數(shù)模型得到最終質(zhì)量估計函數(shù)模型M_m(M_E)。

基于EMD的松脫件質(zhì)量估計方法包含以下3個步驟：(1)沖擊信號采集及預(yù)處理；(2)基于信號主要IMF成分的質(zhì)量估計特征提取；(3)質(zhì)量估計函數(shù)模型建立及質(zhì)量估計，詳述如下：

步驟一：沖擊信號采集與EMD處理

首先通過在反應(yīng)堆壓力容器底部布置3個加速度傳感器實時采集不同質(zhì)量松脫件沖擊信號用于后續(xù)質(zhì)量估計函數(shù)模型建立；記所采集沖擊信號為A(t)；

基于Hertz理論，以小球沖擊平板為例，小球質(zhì)量M可表述為：

M(V₀,f)＝3.93k_h^-2.5V₀^0.5R^0.5f^2.5 (1)

式中，f為信號主頻率，k_h為材料常數(shù)，V₀為松脫件碰撞速度，R為小球半徑，μ₁、μ₂、E₁、E₂分別代表小球與平板的泊松比與彈性模量。

由式可知，為準確估算小球質(zhì)量，關(guān)鍵在于碰撞速度V₀與主頻率f。沖擊信號中存在其它振動波成分干擾，為提取信號主頻率f，需將其它振動波成分分離。EMD是一種自適應(yīng)的信號時頻處理方法，能有效分離沖擊信號中各類振動波成分，信號A(t)經(jīng)EMD處理后，可表述為：

式中，imf_i代表各階IMF分量，c_n(t)代表殘余項。