本發(fā)明涉及一種振動(dòng)狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)裝置，還涉及一種基于該裝置的在線監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

科氏質(zhì)量流量計(jì)是一種能夠直接測(cè)量液體質(zhì)量流量的儀表，具有精度高、量程寬等眾多優(yōu)點(diǎn)，在石油化工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛?？剖腺|(zhì)量流量計(jì)的主要活動(dòng)部件為振動(dòng)管，振動(dòng)管在驅(qū)動(dòng)力作用下往復(fù)振動(dòng)，流體流經(jīng)振動(dòng)管，產(chǎn)生科氏效應(yīng)從而檢測(cè)質(zhì)量流量。在被測(cè)流體沖刷等因素作用下，振動(dòng)管的結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變，測(cè)量精度降低。

參照?qǐng)D4。文獻(xiàn)“申請(qǐng)公布號(hào)為cn103913382a的中國(guó)發(fā)明專利”提供了一種用于流量計(jì)的校驗(yàn)診斷的儀表電子器件與方法。所述器件包括接口模塊與處理系統(tǒng)。所述方法中接口模塊用于接受流量計(jì)的振動(dòng)響應(yīng)，處理系統(tǒng)用于處理來(lái)自接口模塊的信號(hào)，處理系統(tǒng)根據(jù)振動(dòng)響應(yīng)解算得到剛度參數(shù)，并根據(jù)剛度參數(shù)的變化情況判斷流量計(jì)結(jié)構(gòu)是否改變。該方法的一個(gè)不足之處在于，實(shí)施過(guò)程中需要在流量計(jì)非工作狀態(tài)下進(jìn)行，對(duì)生產(chǎn)效率造成影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有用于流量計(jì)的校驗(yàn)診斷的儀表電子器件與方法實(shí)時(shí)性差的不足，本發(fā)明提供一種振動(dòng)狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)裝置和方法。所述裝置包括信號(hào)采集單元、采樣控制單元和信號(hào)處理單元。所述信號(hào)采集單元包括加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集板卡以及usb接口，負(fù)責(zé)完成對(duì)流量計(jì)外殼體上振動(dòng)信號(hào)的采集；所述采樣控制單元包括底層驅(qū)動(dòng)和采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口，負(fù)責(zé)完成對(duì)信號(hào)采集單元的交互控制；所述信號(hào)處理單元包括信號(hào)顯示模塊和診斷模塊，信號(hào)顯示模塊用于振動(dòng)信號(hào)的顯示，診斷模塊用于振動(dòng)信號(hào)的分析以及流量計(jì)結(jié)構(gòu)變化情況的判斷。本發(fā)明在流量計(jì)工作過(guò)程中對(duì)其結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有效地提高了生產(chǎn)效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種振動(dòng)狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)是：包括信號(hào)采集單元、采樣控制單元和信號(hào)處理單元。所述的信號(hào)采集單元由加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集板卡以及usb接口組成。所述的加速度計(jì)布置在外殼體1上，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)，電荷放大器將電荷信號(hào)調(diào)理成電壓信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集板卡轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最終通過(guò)usb接口傳輸給采樣控制單元的工控機(jī)，完成流量計(jì)外殼體1上振動(dòng)信號(hào)的采集工作。所述的采樣控制單元由底層驅(qū)動(dòng)和采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口組成。底層驅(qū)動(dòng)工作在工控機(jī)上，實(shí)現(xiàn)與信號(hào)采集單元的通信功能，提供底層通信接口。采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口基于所述底層通信接口，根據(jù)用戶的需求，完成對(duì)信號(hào)采集單元采樣過(guò)程的控制。所述的信號(hào)處理單元由信號(hào)顯示模塊和診斷模塊組成。信號(hào)顯示模塊工作在工控機(jī)上，讀取內(nèi)存緩沖區(qū)中的采樣數(shù)據(jù)，存入用戶緩沖區(qū)中，并實(shí)時(shí)顯示用戶緩沖區(qū)中的波形數(shù)據(jù)。診斷模塊對(duì)用戶緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，返回流量計(jì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的診斷結(jié)果。

一種基于上述裝置的在線監(jiān)測(cè)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：

步驟一、確認(rèn)流量計(jì)初始狀態(tài)。

完成流量計(jì)在工作現(xiàn)場(chǎng)的安裝，保證其工作性能滿足要求，測(cè)量精度達(dá)到指定值，將此刻流量計(jì)的狀態(tài)作為初始狀態(tài)。

步驟二、獲取初始振動(dòng)狀態(tài)特征。

布置加速度計(jì)。將第一至四加速度計(jì)5、6、7、8固定在外殼體1的平面上，與管道中心線短距為5cm。

通過(guò)采樣控制單元啟動(dòng)信號(hào)采樣。初始狀態(tài)下，流量為qm0，采集點(diǎn)p1處的振動(dòng)信號(hào)為x1(t)。被測(cè)試對(duì)象固有頻率為f0，采樣頻率取fs＝20f0，采樣周期為t＝1/fs，每次參與數(shù)據(jù)處理的樣本數(shù)為n＝200。振動(dòng)信號(hào)通過(guò)采樣后轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散量(x1(0),x1(t),x1(2t)……x1((n-1)t))。

通過(guò)信號(hào)處理單元對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理。信號(hào)處理過(guò)程包括快速傅里葉變換、干擾去除和振動(dòng)特征提取。所述的快速傅里葉變換將振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域離散序列(x1(0),x1(t),x1(2t)……x1((n-1)t))變換為頻域離散序列(x1(0),x1(1),x1(2)……x1(n-1))；所述干擾去除，包括將頻域離散序列中每個(gè)元素與閾值xh比較，小于閾值的元素置零，大于閾值的元素保留，得到有效頻域離散序列(0,0…0,x1(k),0…0,x1(n-1-k),0…0)；所述振動(dòng)特征提取，指振動(dòng)信號(hào)頻率值、振幅的計(jì)算，包括檢索頻域序列(0,0…0,x1(k),0…0,x1(n-1-k),0…0)非零成分的索引值，檢索范圍0～n/2，得到索引值k，對(duì)應(yīng)的頻率成分頻率值為幅值為

重復(fù)以上步驟，獲得其他三個(gè)采樣點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，得到初始振動(dòng)狀態(tài)，記作

步驟三、獲取當(dāng)前振動(dòng)狀態(tài)。

當(dāng)前流量值為q′m，調(diào)節(jié)當(dāng)前流量值，使得q′m＝qm0，重復(fù)步驟二中的操作，獲取當(dāng)前振動(dòng)狀態(tài)，記作

步驟四、對(duì)比當(dāng)前與初始振動(dòng)狀態(tài)差異。

量化當(dāng)前振動(dòng)狀態(tài)s0與初始振動(dòng)狀態(tài)s′之間的差異：

根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)得到差異容許上限σthresh，當(dāng)σ<σthresh，認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)與初始狀態(tài)的振動(dòng)特征一致，流量計(jì)振動(dòng)狀態(tài)正常，振動(dòng)管4無(wú)結(jié)構(gòu)上的損傷或者結(jié)構(gòu)變化在容許范圍內(nèi)；當(dāng)σ>σthresh，則認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)與初始狀態(tài)振動(dòng)特征的差異超過(guò)容許極限，流量計(jì)振動(dòng)狀態(tài)異常，振動(dòng)管4在流體作用下發(fā)生了結(jié)構(gòu)變化。

本發(fā)明的有益效果是：所述裝置包括信號(hào)采集單元、采樣控制單元和信號(hào)處理單元。所述信號(hào)采集單元包括加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集板卡以及usb接口，負(fù)責(zé)完成對(duì)流量計(jì)外殼體上振動(dòng)信號(hào)的采集；所述采樣控制單元包括底層驅(qū)動(dòng)和采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口，負(fù)責(zé)完成對(duì)信號(hào)采集單元的交互控制；所述信號(hào)處理單元包括信號(hào)顯示模塊和診斷模塊，信號(hào)顯示模塊用于振動(dòng)信號(hào)的顯示，診斷模塊用于振動(dòng)信號(hào)的分析以及流量計(jì)結(jié)構(gòu)變化情況的判斷。本發(fā)明在流量計(jì)工作過(guò)程中對(duì)其結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有效地提高了生產(chǎn)效率。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明振動(dòng)狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)裝置的框圖。

圖2是本發(fā)明振動(dòng)狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)方法的流程圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中科氏質(zhì)量流量計(jì)的三視圖。

圖4是背景技術(shù)用于流量計(jì)的校驗(yàn)診斷的儀表電子器件的系統(tǒng)框圖。

圖中，1-外殼體，2-第一減振板，3-第二減振板，4-振動(dòng)管，5-第一加速度計(jì)，6-第二加速度計(jì)，7-第三加速度計(jì)，8-第四加速度計(jì)。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例參照?qǐng)D1-3。

本發(fā)明振動(dòng)狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)裝置包括信號(hào)采集單元、采樣控制單元和信號(hào)處理單元。所述的信號(hào)采集單元由加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集板卡以及usb通信接口組成。其中，加速度計(jì)布置在外殼體1上，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)，電荷放大器將電荷信號(hào)調(diào)理成電壓信號(hào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集板卡轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，最終通過(guò)usb通信接口傳輸給工控機(jī)，完成流量計(jì)外殼體1上振動(dòng)信號(hào)的采集工作。

采樣控制單元由底層驅(qū)動(dòng)程序和采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口組成。底層驅(qū)動(dòng)程序工作在工控機(jī)上，實(shí)現(xiàn)與信號(hào)采集單元的通信功能，提供底層通信接口。采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口基于所述底層通信接口，根據(jù)用戶的需求，完成對(duì)信號(hào)采集單元采樣過(guò)程的控制。

信號(hào)處理單元由信號(hào)顯示模塊和診斷模塊組成。信號(hào)顯示模塊工作在工控機(jī)上，讀取內(nèi)存緩沖區(qū)中的采樣數(shù)據(jù)，存入用戶緩沖區(qū)中，并實(shí)時(shí)顯示用戶緩沖區(qū)中的波形數(shù)據(jù)。診斷模塊對(duì)用戶緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，返回流量計(jì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的診斷結(jié)果。

本發(fā)明振動(dòng)狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)方法包括四個(gè)步驟，分別為確認(rèn)初始狀態(tài)、獲取初始振動(dòng)狀態(tài)、獲取當(dāng)前振動(dòng)狀態(tài)、對(duì)比當(dāng)前與初始振動(dòng)狀態(tài)差異。

步驟一：確認(rèn)流量計(jì)初始狀態(tài)。

完成流量計(jì)在工作現(xiàn)場(chǎng)的安裝，保證其工作性能滿足要求、測(cè)量精度達(dá)到指定值，將此刻流量計(jì)的狀態(tài)作為初始狀態(tài)。

步驟二：獲取初始振動(dòng)狀態(tài)特征。

布置加速度計(jì)。將第一至四加速度計(jì)5、6、7、8固定在外殼體1的平面上，與管道中心線短距為5cm。

通過(guò)采樣控制單元啟動(dòng)信號(hào)采樣。以采集點(diǎn)1的振動(dòng)信號(hào)采集為例，初始狀態(tài)下，流量為qm0，采集點(diǎn)p1處的振動(dòng)信號(hào)為x1(t)。被測(cè)試對(duì)象固有頻率為f0，采樣頻率取fs＝20f0，采樣周期為t＝1/fs，每次參與數(shù)據(jù)處理的樣本數(shù)為n＝200。振動(dòng)信號(hào)通過(guò)采樣后轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散量(x1(0),x1(t),x1(2t)……x1((n-1)t))。

通過(guò)信號(hào)處理單元對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理。信號(hào)處理過(guò)程包括快速傅里葉變換、干擾去除、振動(dòng)特征提取。所述快速傅里葉變換將振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域離散序列(x1(0),x1(t),x1(2t)……x1((n-1)t))變換為頻域離散序列(x1(0),x1(1),x1(2)……x1(n-1))；所述干擾去除，包括將頻域離散序列中每個(gè)元素與閾值xh比較，小于閾值的元素置零，大于閾值的元素保留，得到有效頻域離散序列(0,0…0,x1(k),0…0,x1(n-1-k),0…0)；所述振動(dòng)特征提取，指振動(dòng)信號(hào)頻率值、振幅的計(jì)算，包括檢索頻域序列(0,0…0,x1(k),0…0,x1(n-1-k),0…0)非零成分的索引值，檢索范圍0～n/2，得到索引值k，對(duì)應(yīng)的頻率成分頻率值為幅值為

重復(fù)以上步驟，獲得其他三個(gè)采樣點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，得到初始振動(dòng)狀態(tài)，記作：

步驟三：獲取當(dāng)前振動(dòng)狀態(tài)。

當(dāng)前流量值為q′m，調(diào)節(jié)當(dāng)前流量值，使得q′m＝qm0，重復(fù)步驟二中的操作，獲取當(dāng)前振動(dòng)狀態(tài)，記作

步驟四：對(duì)比當(dāng)前與初始振動(dòng)狀態(tài)差異。

量化當(dāng)前振動(dòng)狀態(tài)s0與初始振動(dòng)狀態(tài)s′之間的差異：

根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)得到差異容許上限σthresh，當(dāng)σ<σthresh，認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)與初始狀態(tài)的振動(dòng)特征一致，流量計(jì)振動(dòng)狀態(tài)正常，振動(dòng)管4無(wú)結(jié)構(gòu)上的損傷或者結(jié)構(gòu)變化在容許范圍內(nèi)；當(dāng)σ>σthresh，則認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)與初始狀態(tài)振動(dòng)特征的差異超過(guò)容許極限，流量計(jì)振動(dòng)狀態(tài)異常，振動(dòng)管4在流體作用下發(fā)生了不容忽視的結(jié)構(gòu)變化。