[發明專利]一種水工鋼閘門傳感器布置方法、監測方法及系統

在審

• 申請號: 202111293186.0
• 申請日: 2021-11-03
• 公開（公告）號: CN114004123A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 楊軍;馬方平;宋林隆;蔣楊;秦豪杰;楊娟;劉鵬鵬;漆玉龍;胡仲明
• 申請（專利權）人: 國能大渡河大崗山發電有限公司;成都大匯物聯科技有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/10;G06T17/20
• 代理公司: 重慶西南華渝專利代理有限公司 50270
• 代理人: 陳香蘭

1.一種水工鋼閘門傳感器布置方法，其特征在于，包括：

基于第一適應度函數和第二適應度函數設置第三適應度函數，其中，所述第一適應度函數基于與h個傳感器位置對應的水工鋼閘門的模態振型矩陣獲得，所述第二適應度函數基于水工鋼閘門上h個傳感器位置的空間歐幾里得距離獲得，所述h為大于1的正整數；

以第三適應度函數獲得最大值為目標，不斷改變h個傳感器在水工鋼閘門上的位置直到達到所述目標，將達到所述目標的h個傳感器位置分布作為最優布置方案；

將h個傳感器按照所述最優布置方案布置在所述水工鋼閘門上。

2.如權利要求1所述的水工鋼閘門傳感器布置方法，其特征在于，將與h個傳感器位置對應的水工鋼閘門的模態振型矩陣轉換為Fisher信息矩陣，所述第一適應度函數通過求取所述Fisher信息矩陣的行列式獲得。

3.如權利要求1或2所述的水工鋼閘門傳感器布置方法，其特征在于，所述第三適應度函數為第一適應度函數和第二適應度函數的加權和。

4.如權利要求1或2所述的水工鋼閘門傳感器布置方法，其特征在于，獲取所述最優布置方案的過程具體包括：

初始化社會群體優化算法，其中，將種群大小設為N，N為正整數，種群中每個人設有h維信息，h維信息分別為h個傳感器的位置，以第三適應度函數作為社會群體優化算法的適應度函數；

基于社會群體優化算法不斷迭代優化h個傳感器的位置直到達到預設條件；

將最后一次迭代獲得的h個傳感器的位置作為最優布置方案。

5.如權利要求3所述的水工鋼閘門傳感器布置方法，其特征在于，獲取所述最優布置方案的過程具體包括：

初始化社會群體優化算法，其中，將種群大小設為N，N為正整數，種群中每個人設有h維信息，h維信息分別為h個傳感器的位置，以第三適應度函數作為社會群體優化算法的適應度函數；

基于社會群體優化算法不斷迭代優化h個傳感器的位置直到達到預設條件；

將最后一次迭代獲得的h個傳感器的位置作為最優布置方案。

6.如權利要求4所述的水工鋼閘門傳感器布置方法，其特征在于，在社會群體優化算法的每次迭代中，作為社會群體優化算法的適應度函數的第三適應度函數F3為：

其中，β表示加權參數，β∈[0,1]；F1_Best表示第一適應度函數最大值；F1表示第一適應度函數，F1＝det(Q)，det(Q)表示求取Fisher信息矩陣Q的行列式，Q＝Θ^TΘ，Θ表示與h個傳感器位置對應的水工鋼閘門的模態振型矩陣，Θ^T表示矩陣Θ的轉置矩陣；F2表示第二適應度函數，F2＝u-α，u表示h個傳感器位置點的平均歐幾里得距離，α表示h個傳感器位置點的歐幾里得距離的標準差，F2_Best表示第二適應度函數最大值。

7.一種水工鋼閘門狀態監測方法，其特征在于，包括：

按照權利要求1-6之一所述的水工鋼閘門傳感器布置方法在水工鋼閘門上布設h個傳感器；

獲取水工鋼閘門上h個傳感器輸出的振動信號，從所述h個傳感器輸出的振動信號中提取所述水工鋼閘門的模態信息特征；

判斷所述模態信息特征與預設的模態信息特征范圍的偏差是否小于偏差閾值，若所述偏差小于偏差閾值，認為所述水工鋼閘門狀態正常，否則，認為所述水工鋼閘門狀態異常。

8.如權利要求7所述的水工鋼閘門狀態監測方法，其特征在于，每個傳感器對應一個模態信息特征范圍，根據每個傳感器輸出的振動信號提取出所述傳感器對應的模態信息特征，判斷傳感器對應的模態信息特征與與其對應的模態信息特征范圍的偏差是否小于偏差閾值，若所述偏差小于偏差閾值，認為所述水工鋼閘門狀態正常，否則，認為所述水工鋼閘門狀態異常。

9.如權利要求7或8所述的水工鋼閘門狀態監測方法，其特征在于，所述模態信息特征包括幅值、相位、剛度、阻尼、頻率、振型、模態參與因子、模態有效質量中的全部或部分。

10.一種水工鋼閘門狀態監測系統，其特征在于，包括控制器和安裝在所述水工鋼閘門中的h個傳感器，其中，所述控制器被配置為獲取h個傳感器的輸出的振動信號，并按照權利要求7-9之一所述的水工鋼閘門狀態監測方法監測水工鋼閘門的狀態。