一種基于聲發(fā)射信號的消防水泵的故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于聲發(fā)射信號的消防水泵的故障診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 消防水泵是消防設(shè)備中最重要的部件，其性能的優(yōu)劣對整套消防設(shè)備的可靠性有 著直接的影響。消防水泵一旦發(fā)生故障，輕則振動噪聲增加，加速其設(shè)備的損耗，降低工作 效率；重則使整個樓宇消防設(shè)施停止工作，造成嚴(yán)重事故。確保消防水泵在全生命期的完好 可用，是有效保障對火情及時控制的重要手段，因此消防水泵的性能檢測及故障診斷在工 業(yè)應(yīng)用中中具有重大意義。由于流體的不可壓縮性、泵源與泵回路的流固耦合作用及消防 水泵本身具有大幅度的固有機(jī)械振動，信號容易產(chǎn)生畸變且噪聲干擾劇烈，使得消防水泵 的故障機(jī)理復(fù)雜，故障特征信號微弱，利用常規(guī)的信號處理方法難以提取故障信息，并進(jìn)行 有效的故障診斷。
[0003] 消防水泵的故障診斷主要包括消防水泵聲發(fā)射信號（Acoustic emission，AE)采 集，故障特征提取和故障診斷三個步驟，其核心步驟的就是故障特征提取。目前消防水泵故 障診斷方法主要有基于信號處理的方法、基于解析模型的方法和基于知識的方法。用于消 防水泵故障診斷中基于信號處理的方法主要有頻譜分析、功率譜估計和小波分析等，他們 都是利用信號的數(shù)學(xué)模型，直接分析監(jiān)測信號，提取方差、幅值、頻率等故障特征參數(shù)，然后 實現(xiàn)消防水泵的故障診斷，這類方法的局限性在于故障容易誤判，隨機(jī)性較大，且不適合非 平穩(wěn)信號。
[0004] 基于解析模型的方法需要建立被診斷對象的較為精確的數(shù)學(xué)模型，具體又可以分 為狀態(tài)估計方法、等價空間方法和參數(shù)估計方法。這類方法雖然具有一定的優(yōu)點，但是在實 際情況中，常常無法獲得對象的精確數(shù)學(xué)模型，而且故障引起系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)變化的 形式是不確定的，這就大大限制了基于解析模型診斷方法的使用范圍和效果。
[0005] 隨著人工智能及計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于知識的方法在故障診斷中的應(yīng)用也 越來越廣泛，目前應(yīng)用到消防水泵故障診斷中基于知識的方法主要有：粗糙集理論、專家系 統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)等。這些方法有著推理邏輯嚴(yán)密、可靠性高，有自學(xué)習(xí)、自組 織、容錯能力和善于處理不確定信息等優(yōu)點，但也有一些局限性，如知識難以有效表達(dá)、獲 取困難、推理復(fù)雜和診斷推理過程不清晰，診斷解釋不直觀等等。
[0006] 消防水泵故障聲發(fā)射信號是非平穩(wěn)時變信號，其故障診斷的關(guān)鍵是從非平穩(wěn)信號 中提取特征向量。但是對于正常運轉(zhuǎn)下的消防水泵來說故障檢測難度更大，因為聲發(fā)射信 號具有瞬態(tài)隨機(jī)性，且由于強(qiáng)噪聲和陡畸變的影響，可能檢測不到消防水泵的故障特征頻 率。鑒于此類局限性問題，傳統(tǒng)的消防水泵故障診斷方法很難對消防水泵的工作狀態(tài)做出 較為準(zhǔn)確的評價。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 有鑒于此，本發(fā)明為了更加準(zhǔn)確地對消防水泵的工作狀態(tài)做出有效的評價，提出 了一種基于聲發(fā)射信號的消防水泵的故障診斷方法。該方法以聲發(fā)射傳感器對消防水泵進(jìn) 行信號檢測，采集運行狀態(tài)下的消防水泵的帶有畸變特性的聲發(fā)射信號；提出了采用歸一 化直接正交法計算窄帶信號的瞬時頻率，以得到的瞬時頻率為依據(jù)對畸變信號進(jìn)行逐點變 采樣矯正和將瞬態(tài)成分分析用于矯正信號的故障辨識的處理方法，能夠?qū)崿F(xiàn)信號特征的優(yōu) 化提取，更加準(zhǔn)確的進(jìn)行故障診斷，實現(xiàn)故障分類，具體包括以下步驟：
[0008] 步驟一：以聲發(fā)射傳感器對消防水泵進(jìn)行信號檢測，采集運行狀態(tài)下的消防水泵 的帶有畸變特性的聲發(fā)射信號；
[0009] 步驟二：利用帶通濾波器提取聲發(fā)射信號中的窄帶信號，對窄帶信號進(jìn)行歸一化 直接正交計算獲得其瞬時頻率，最后以得到的瞬時頻率為依據(jù)對信號進(jìn)行逐點變采樣矯 正，獲得矯正信號；
[0010] 步驟三：利用瞬態(tài)成分分析方法對矯正信號進(jìn)行分析，即首先在參數(shù)域基于單邊 Laplace小波構(gòu)建參數(shù)化周期瞬態(tài)小波，然后基于最大相關(guān)法則將構(gòu)建的參數(shù)化周期瞬態(tài) 小波與矯正信號進(jìn)行匹配分析，提取故障特征信息；
[0011] 步驟四：根據(jù)故障特征信息進(jìn)行故障分類，完成故障診斷。
[0012] 進(jìn)一步，在步驟一中采用聲發(fā)射傳感器采集消防水泵的帶有畸變特性的聲發(fā)射信 號。
[0013] 6.進(jìn)一步，在步驟二中具體包括以下步驟：2. 1 :利用帶通濾波提取原信號中的
[0014] 窄帶信號；2. 2 :歸一化直接正交計算獲得其瞬時頻率
【主權(quán)項】
1. 一種基于聲發(fā)射信號的消防水泵的故障診斷方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟一：以聲發(fā)射傳感器對消防水泵進(jìn)行信號檢測，采集運行狀態(tài)下的消防水泵的帶 有畸變特性的聲發(fā)射信號； 步驟二：利用帶通濾波器提取聲發(fā)射信號中的窄帶信號，對窄帶信號進(jìn)行歸一化直接 正交計算獲得其瞬時頻率，最后以得到的瞬時頻率為依據(jù)對信號進(jìn)行逐點變采樣矯正，獲 得矯正信號； 步驟三：利用瞬態(tài)成分分析方法對矯正信號進(jìn)行分析，即首先在參數(shù)域基于單邊 Laplace小波構(gòu)建參數(shù)化周期瞬態(tài)小波，然后基于最大相關(guān)法則將構(gòu)建的參數(shù)化周期瞬態(tài) 小波與矯正信號進(jìn)行匹配分析，提取故障特征信息； 步驟四：根據(jù)故障特征信息進(jìn)行故障分類，完成故障診斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲發(fā)射信號的消防水泵的故障診斷方法，其特征在 于：在步驟一中采用聲發(fā)射傳感器采集消防水泵的帶有畸變特性的聲發(fā)射信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲發(fā)射信號的消防水泵的故障診斷方法，其特征在 于：在步驟二中具體包括以下步驟：2. 1 :利用帶通濾波提取原信號中的窄帶信號；2. 2 :歸 一化直接正交計算獲得其瞬時頻率
獲得矯正信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲發(fā)射信號的消防水泵的故障診斷方法，其特征在 于：在步驟三中具體包括以下步驟：3. 1 :利用周期參數(shù)T建立周期性Laplace瞬態(tài)小波：
其中iD (f，G，T，t) = itY⑴，f G R+為頻率，（e[0，l)cziT是粘滯阻尼比，T G R 是延時，這三個參數(shù)分別屬于子集F，Z，T ;3. 2 :參數(shù)集合確定后根據(jù)式（2)在參數(shù)域內(nèi)建立 瞬態(tài)小波并與分析信號進(jìn)行相關(guān)計算，獲得周期參數(shù)T，即消防水泵故障特征參量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲發(fā)射信號的消防水泵的故障診斷方法，其特征在 于：在步驟四中根據(jù)故障特征參量進(jìn)行故障分類。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于聲發(fā)射信號的消防水泵的故障診斷方法，旨在解決在消防水泵的故障診斷問題。具體方法步驟是：以聲發(fā)射傳感器對消防水泵進(jìn)行信號檢測，采集運行狀態(tài)下的消防水泵的帶有畸變特性的聲發(fā)射信號；利用帶通濾波器提取該信號中的窄帶信號，對窄帶信號進(jìn)行歸一化直接正交計算獲得其瞬時頻率，最后以得到的瞬時頻率為依據(jù)對信號進(jìn)行逐點變采樣矯正，獲得矯正信號；然后利用瞬態(tài)成分分析方法對其進(jìn)行分析，即首先在參數(shù)域基于單邊Laplace小波構(gòu)建參數(shù)化周期瞬態(tài)小波，然后基于最大相關(guān)法則將構(gòu)建的周期瞬態(tài)小波與矯正信號進(jìn)行匹配分析，提取故障特征信息；最后根據(jù)故障特征進(jìn)行故障分類，實現(xiàn)故障診斷。
【IPC分類】F04B51-00
【公開號】CN104819145
【申請?zhí)枴緾N201510259441
【發(fā)明人】柴毅, 屈劍鋒, 陳鵬, 張國洲, 譚云月
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年5月20日