[發明專利]一種用于傳動監測的虛擬傳感器設備及其監測方法有效

申請號：	202210378733.3	申請日：	2022-04-12
公開（公告）號：	CN114460466B	公開（公告）日：	2022-08-05
發明（設計）人：	陳德木;陳博	申請（專利權）人：	杭州杰牌傳動科技有限公司
主分類號：	G01R31/34	分類號：	G01R31/34;G01D21/02;G06N3/04;G06N3/08
代理公司：	北京辰權知識產權代理有限公司 11619	代理人：	付婧
地址：	311223 浙江***	國省代碼：	浙江;33
權利要求書：	查看更多	說明書：	查看更多
摘要：
搜索關鍵詞：	一種用于傳動監測虛擬傳感器設備及其方法
鉆瓜網技術展會專利詞庫專利權人專利榜在售專利公布日期熱門專利

【權利要求書】：

1.一種用于傳動監測的虛擬傳感器設備，包括監測控制器、分析模塊、虛擬傳感器模塊、電壓傳感器、電流傳感器和音頻采集器；其特征在于：

電流傳感器、電壓傳感器和音頻采集器都連接至監測控制器；電流傳感器和電壓傳感器設置于減速電機的輸入線路上，用于監測減速電機的工作電流和工作電壓，并將電流和電壓發送至監測控制器；音頻采集器采集減速電機在工作時發出的聲音，并將其發送至監測控制器；

虛擬傳感器模塊連接監測控制器，用于建立多個虛擬傳感器，并輸出虛擬傳感器的監測參數；

虛擬傳感器模塊建立的虛擬傳感器包括：虛擬減速電機主體溫度傳感器、虛擬一級齒輪箱溫度傳感器、虛擬二級齒輪箱溫度傳感器、虛擬一級齒輪負荷傳感器、虛擬二級齒輪負荷傳感器和故障分類傳感器；

分析模塊連接監測控制器，分析模塊獲取減速電機的工作電流、工作電壓以及音頻采集器采集的音頻數據，并據此計算減速電機主體溫度傳感器、一級齒輪箱溫度傳感器、二級齒輪箱溫度傳感器、一級齒輪負荷傳感器、二級齒輪負荷傳感器和故障分類傳感器輸出值；

電流傳感器和電壓傳感器實時監測減速電機的工作電流和工作電壓，并將其發送至監測控制器；監測控制器設置有數據庫，以將工作電流、工作電壓實時存儲在數據庫中，從而形成工作電流和工作電壓隨時間變化的曲線；

音頻采集器按時間段采集減速電機工作時的聲音，并將其保存成音頻數據格式存儲在監測控制器的數據庫中；每一段音頻數據的時間長度為2-5s，聲音頻率范圍5Hz至40k Hz，采樣率48000 Hz；

分析模塊對工作電流和工作電壓隨時間變化的曲線以及采樣音頻數據進行數據處理，并將處理后的數據輸入虛擬傳感器計算模型得到各個虛擬傳感器輸出值；

分析模塊對工作電流的處理方法如下：

獲取工作電流隨時間的變化曲線I_t，進一步獲取電流變化曲線I_t沿時間積分曲線C_t，以及獲取電流變化曲線對時間的微分曲線△I_t；

分析模塊對電壓的處理方法如下：

獲取電壓隨時間變化的曲線U_t，進一步計算功率隨時間的變化曲線P_t=U_t·I_t，以及獲取電壓隨時間的微分曲線△U_t；

分析模塊對音頻數據的處理方法如下：

將每一段音頻數據進行分割，分割片段的長度為每秒50-100個微片段；然后計算每個微片段的能量值，從而得到每秒鐘50-100個微片段的能量值，隨即構建音頻能量隨時間變化的曲線A_t；以及A_t隨時間的積分曲線，能量積累曲線W_t；

將每一段音頻數據進行分割，分割片段為每秒1-2個小片段，然后對分割的每個小片段進行頻域變換，得到每個小片段的音頻頻譜；1）計算每個小片段中的最強峰值的頻率，從而構建最強峰值的頻率隨時間的變化曲線F_t，以及最強峰值的強度隨時間的變化曲線D_t；2）對每個小片段進行峰值提取，獲得每個小片段中頻譜峰值強度大于閾值的峰值的個數，構建峰值個數隨時間的變化曲線G_t，以及峰值強度大于閾值的峰值的平均頻率F_at；

虛擬傳感器計算模型的建立方法為：

首先設置實驗室減速電機測試系統，實驗室減速電機與實際工作時使用同一型號減速電機，且保證沒有環境噪聲；

然后在實驗室減速電機測試系統中安裝多個物理傳感器，物理傳感器包括：工作電流傳感器、工作電壓傳感器、音頻采集器、減速電機主體溫度傳感器、一級齒輪箱溫度傳感器、二級齒輪箱溫度傳感器、一級齒輪負荷傳感器、二級齒輪負荷傳感器；

其中一級齒輪負荷傳感器和二級齒輪負荷傳感器為安裝在齒輪接觸面上的壓力傳感器，以表征在工作時齒輪所承受的壓力負荷；

調節減速電機的負載，使得實驗室減速電機測試系統工作在各種工況下，并收集物理傳感器的參數；

之后實驗室減速電機測試系統中的各個配件進行人造缺陷配件的替換，使得實驗室減速電機測試系統工作在各種工況下，并在各種故障類型下收集物理傳感器的參數；

對工作電流傳感器、工作電壓傳感器和音頻采集器采集的參數進行處理，獲得I_t、C_t、△I_t、U_t、P_t、△U_t、A_t、W_t、F_t、D_t、G_t以及F_at；

以I_t、C_t、△I_t、U_t、P_t、△U_t、A_t、W_t、F_t、D_t、G_t以及F_at為輸入參數，以減速電機主體溫度傳感器、一級齒輪箱溫度傳感器、二級齒輪箱溫度傳感器、一級齒輪負荷傳感器、二級齒輪負荷傳感器的檢測值和故障類型為輸出參數，建立深度神經網絡模型，即虛擬傳感器計算模型，在實際工作時只要輸入I_t、C_t、△I_t、U_t、P_t、△U_t、A_t、W_t、F_t、D_t、G_t以及F_at就可以輸出對應的多個虛擬傳感器的參數。