往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法，進(jìn)行采樣和診斷的步驟如下：步驟1，在缸體側(cè)面均布的N個(gè)霍爾傳感器與內(nèi)嵌在活塞內(nèi)的磁極接近時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)序列，聲發(fā)射傳感器采集該霍爾傳感器對(duì)應(yīng)位置域的聲發(fā)射位置序列，振動(dòng)加速度傳感器采集該霍爾傳感器對(duì)應(yīng)角位置域的振動(dòng)位置序列，構(gòu)成聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集合和振動(dòng)位置序列采樣矩陣集合；步驟2，根據(jù)所述聲發(fā)射位置序列形成的聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集合和所述振動(dòng)位置序列形成的振動(dòng)位置序列采樣矩陣集合，通過(guò)聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集合以及振動(dòng)位置序列采樣矩陣集合定義聯(lián)合診斷域?qū)ν鶑?fù)式機(jī)械健康狀態(tài)做出判斷。
【專(zhuān)利說(shuō)明】往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域，尤其涉及一種往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 往復(fù)式機(jī)械裝置廣泛應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)藥以及汽車(chē)車(chē)輛等領(lǐng)域，往復(fù)式機(jī)械活塞曲 柄結(jié)構(gòu)起著動(dòng)力中樞的作用，作為核心關(guān)鍵零部件其健康狀況直接影響機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)性 能?；钊Y(jié)構(gòu)由于高循環(huán)、高轉(zhuǎn)速等工作環(huán)境，容易造成缸體劃傷、滑動(dòng)軸承故障及活 塞敲缸等故障，大大降低了往復(fù)式機(jī)械工作性能的可靠性和穩(wěn)定性，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重 損失。
[0003] 目前，本領(lǐng)域技術(shù)人員針對(duì)往復(fù)式機(jī)械故障診斷展開(kāi)一系列的研宄，以發(fā)動(dòng)機(jī)為 代表的往復(fù)式機(jī)械在故障監(jiān)測(cè)過(guò)程中，往往取其表面振動(dòng)信號(hào)、噪聲信號(hào)作為研宄對(duì)象，由 于測(cè)試的振動(dòng)信號(hào)往往是十分復(fù)雜的非平穩(wěn)、非線性信號(hào)，此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員采用解調(diào) 技術(shù)、小波技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等對(duì)往復(fù)式機(jī)械非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行處理。
[0004] 前述研宄方法在往復(fù)式機(jī)械的故障診斷中大都采用振動(dòng)信號(hào)作為研宄對(duì)象，但由 于往復(fù)式機(jī)械的強(qiáng)非線性運(yùn)動(dòng)，按時(shí)間序列采樣將導(dǎo)致活塞運(yùn)行位置不準(zhǔn)確、頻率模糊等 問(wèn)題，雖然現(xiàn)有利用一些時(shí)頻分析及智能方法，但在實(shí)現(xiàn)上和操作上均有一些困難，且實(shí)時(shí) 性較差；目前的監(jiān)測(cè)方法基本都為總體監(jiān)測(cè)法，通過(guò)時(shí)域參數(shù)或頻域特征進(jìn)行診斷，無(wú)法確 定故障位置及嚴(yán)重程度等細(xì)節(jié)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種往復(fù)式 機(jī)械位置序列采樣及診斷方法。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供了一種往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷 方法，其關(guān)鍵在于，往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣裝置包括：聲發(fā)射傳感器放置在缸體頂端，缸 體側(cè)壁放置N個(gè)霍爾傳感器，缸體曲軸軸承固定振動(dòng)加速度傳感器，活塞內(nèi)部嵌有固定磁 極，按霍爾傳感器位置確定信號(hào)位置采樣域，其中N為正整數(shù)；
[0007] 上述裝置進(jìn)行采樣和診斷的步驟如下：
[0008] 步驟1，在缸體側(cè)面均布的N個(gè)霍爾傳感器與內(nèi)嵌在活塞內(nèi)的磁極接近時(shí)產(chǎn)生觸 發(fā)序列，聲發(fā)射傳感器采集該霍爾傳感器對(duì)應(yīng)位置采樣域的聲發(fā)射位置序列，振動(dòng)加速度 傳感器采集該霍爾傳感器對(duì)應(yīng)角位置采樣域的振動(dòng)位置序列，構(gòu)成聲發(fā)射位置序列采樣矩 陣集合和振動(dòng)位置序列采樣矩陣集合；
[0009] 步驟2,根據(jù)所述聲發(fā)射位置序列形成的聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集合，和所述振 動(dòng)位置序列形成的振動(dòng)位置序列采樣矩陣集合，通過(guò)聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集合以及振 動(dòng)位置序列采樣矩陣集合定義聯(lián)合診斷域?qū)ν鶑?fù)式機(jī)械健康狀態(tài)做出判斷。
[0010] 所述的往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法，優(yōu)選的，所述步驟1包括：
[0011] 聲發(fā)射傳感器與振動(dòng)加速度傳感器采集該霍爾傳感器對(duì)應(yīng)位置域和角位置處的 一個(gè)固定位置序列，分別記為Xu和Yij，
[0012] Xlj =[^,4,···,^] 1 、
[0013] ^=[vf，vf,-,v^]?
[0014] 其中i為位置域，Ki<N，j代表行程數(shù)，p為聲發(fā)射傳感器序列樣本容量，
[0015] 在單一行程內(nèi)聲發(fā)射位置序列構(gòu)成式XXj= [XU;X%…；X，以及振動(dòng)位置采樣 序列構(gòu)成式Y(jié)Y^= [YU;Y%Y，的行程采樣矩陣，
[0016] 行程采樣矩陣在行程上不斷積累進(jìn)而構(gòu)成聲發(fā)射位置采樣序列矩陣集合XX= (XX1，XX2,XX3,…）以及振動(dòng)位置采樣序列矩陣集合YY= (YY1，YY2,YY3,…）。
[0017] 所述的往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法，優(yōu)選的，所述步驟2包括：
[0018] 對(duì)聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集合和振動(dòng)位置序列采樣矩陣集合中的聲發(fā)射位置 序列和振動(dòng)位置序列進(jìn)行取樣，根據(jù)位置序列采樣爬升率進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，獲得爬升率矩陣， 所述爬升率矩陣與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，判斷各信號(hào)采集域的健康狀況。
[0019] 所述的往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法，優(yōu)選的，所述步驟2中爬升率包括：
[0020] S21，令i= 1，j= 1，

【權(quán)利要求】
1. 一種往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法，其特征在于，往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣 裝置包括：聲發(fā)射傳感器放置在缸體頂端，缸體側(cè)壁放置N個(gè)霍爾傳感器，缸體曲軸軸承固 定振動(dòng)加速度傳感器，活塞內(nèi)部嵌有固定磁極，按霍爾傳感器位置確定信號(hào)位置采樣域，其 中N為正整數(shù)； 上述裝置進(jìn)行采樣和診斷的步驟如下： 步驟1，在缸體側(cè)面均布的N個(gè)霍爾傳感器與內(nèi)嵌在活塞內(nèi)的磁極接近時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)序 列，聲發(fā)射傳感器采集該霍爾傳感器對(duì)應(yīng)位置采樣域的聲發(fā)射位置序列，振動(dòng)加速度傳感 器采集該霍爾傳感器對(duì)應(yīng)角位置采樣域的振動(dòng)位置序列，構(gòu)成聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集 合和振動(dòng)位置序列采樣矩陣集合； 步驟2,根據(jù)所述聲發(fā)射位置序列形成的聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集合，和所述振動(dòng)位 置序列形成的振動(dòng)位置序列采樣矩陣集合，通過(guò)聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集合以及振動(dòng)位 置序列采樣矩陣集合定義聯(lián)合診斷域?qū)ν鶑?fù)式機(jī)械健康狀態(tài)做出判斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法，其特征在于，所述步 驟1包括： 聲發(fā)射傳感器與振動(dòng)加速度傳感器采集該霍爾傳感器對(duì)應(yīng)位置域和角位置處的一個(gè) 固定位置序列，分別記為和Yij，
其中i為位置域，1 <i<N，j代表行程數(shù)，p為聲發(fā)射傳感器序列樣本容量， 在單一行程內(nèi)聲發(fā)射位置序列構(gòu)成式XX^_= [XU;X%…；X，以及振動(dòng)位置采樣序列 構(gòu)成式Y(jié)Y^_= [YU;Y%…；Y，的行程采樣矩陣， 行程采樣矩陣在行程上不斷積累進(jìn)而構(gòu)成聲發(fā)射位置采樣序列矩陣集合XX= (XX1，XX2,XX3,…）以及振動(dòng)位置采樣序列矩陣集合YY= (YY1，YY2,YY3,…）。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法，其特征在于，所述步 驟2包括： 對(duì)聲發(fā)射位置序列采樣矩陣集合和振動(dòng)位置序列采樣矩陣集合中的聲發(fā)射位置序列 和振動(dòng)位置序列進(jìn)行取樣，根據(jù)位置序列采樣爬升率進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，獲得爬升率矩陣，所述 爬升率矩陣與設(shè)定閾值進(jìn)行比較，判斷各信號(hào)采集域的健康狀況。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的往復(fù)式機(jī)械位置序列采樣和診斷方法，其特征在于，所述 步驟2中爬升率包括：
其中i為域數(shù)，j代表行程數(shù)，P= 1時(shí)為聲發(fā)射信號(hào)，P= 2時(shí)代表振動(dòng)信號(hào)；RMS代表序列均方根值，K代表序列峭度值，W代表序列波形值；sigmoid函數(shù)如式
523, 令j=j+1，判斷是否是有j〈N，如果是，則返回步驟S22,否則執(zhí)行步驟S24 ; 524, 通過(guò)循環(huán)計(jì)算獲得域i的爬升率特征向量Pp
其中〇dP02分別代表聲發(fā)射序列與振動(dòng)序列權(quán)值系數(shù)； 525, 令i=i+1，判斷是否是有i〈M，其中M為正整數(shù)，如果是，則返回步驟S24,否則執(zhí) 行步驟S26 ; 526, 綜合往復(fù)機(jī)械各個(gè)域的爬升率特征向量構(gòu)成爬升率矩陣P，
在爬升率矩陣P中是否有連續(xù)L個(gè)行程的爬升率均超過(guò)設(shè)定閾值，其中L為正整數(shù)，若 存在此狀況則判定此域?yàn)楣收蠣顟B(tài)，反之則為正常狀態(tài)； 527, 令i=i+1，判斷是否是有i〈M，如果是，則返回步驟S26,否則記錄各位置域的健康 狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK104483121SQ201410813820
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月24日
【發(fā)明者】邵毅敏, 王利明, 劉靜, 郭放, 鄧未, 葉維軍, 曹正 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)