本發(fā)明涉及機械設(shè)備故障診斷預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體的來說涉及一種適用于螺旋槳故障診斷與預(yù)測的小波分析與灰色故障預(yù)測方法及裝置。

背景技術(shù)：

螺旋槳是現(xiàn)代船舶及國防領(lǐng)域大量使用的動力設(shè)備，在企業(yè)的生產(chǎn)中起到非常重要的作用。這些設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，不僅影響正常生產(chǎn)，而且可能會危及人身安全，導(dǎo)致嚴重的安全事故。因此，開展螺旋槳故障診斷及故障預(yù)測預(yù)報技術(shù)研究，實現(xiàn)設(shè)備的“預(yù)知”維修具有重要意義。

目前螺旋槳的故障診斷已有結(jié)果報道，在沈陽工業(yè)大學(xué)CN1776390號公開的內(nèi)容中，介紹了一種一種低速重載螺旋槳故障診斷方法，用小波分析的方法對故障信號進行多尺度分解，從各尺度分解重構(gòu)波形及其頻譜圖，提取故障信號微細特征，從而確定故障類型。但它無法進行螺旋槳的故障預(yù)測；在上海交通大學(xué)CN2826392號公開的內(nèi)容中，介紹了一種旋轉(zhuǎn)機械故障診斷與分析試驗裝置，介紹了旋轉(zhuǎn)機械各種故障類型的設(shè)置方法與設(shè)備，沒有螺旋槳的故障診斷與預(yù)測功能，直接應(yīng)用于船舶工業(yè)現(xiàn)場的故障預(yù)測分析儀的研究還是空白。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題之一是，提供一種螺旋槳小波分析及灰色預(yù)測的故障預(yù)測方法。

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題之二是提供一種以DSP系統(tǒng)為核心的故障預(yù)測裝置。

作為本發(fā)明第一方面的一種螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法，包括以下步驟：

a、振動位移信號傳感器測試螺旋槳的振動位移，輸出與振動信號對應(yīng)的電壓信號，并將電壓信號輸入位移信號采樣調(diào)理裝置；

b、位移信號采樣調(diào)理裝置對電壓信號進行放大、濾波預(yù)處理，通過232串行接口輸入故障預(yù)測裝置；

c、故障預(yù)測裝置對來自位移信號采樣調(diào)理裝置的不同時間系列的電壓信號進行小波分析處理，得到螺旋槳不同頻段的能量函數(shù)大小，然后再利用灰色預(yù)測原理預(yù)測未來各個時刻的不同頻段的能量函數(shù)大小，利用反小波變換得到未來各個時刻的螺旋槳振動位移數(shù)值，從而準確預(yù)測螺旋槳未來工作狀況。

預(yù)測方法由內(nèi)置的控制驅(qū)動程序完成，該控制程序包括采樣程序、通信程序、小波分析程序、灰色預(yù)測模型和故障預(yù)測程序五部分，采樣程序內(nèi)置于位移信號采樣調(diào)理裝置中，驅(qū)動采樣裝置完成采樣任務(wù)；通信程序分別內(nèi)置于位移信號采樣調(diào)理裝置和故障預(yù)測裝置中，控制兩兩之間的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)保存；小波分析程序、灰色預(yù)測模型和故障預(yù)測程序內(nèi)置于故障預(yù)測裝置中，完成螺旋槳的故障預(yù)測。

作為本發(fā)明第二方面的一種螺旋槳小波灰色故障預(yù)測裝置，包括：

測試螺旋槳振動位移并輸出電壓信號的振動位移信號傳感器，與振動位移傳感器電路連接的位移信號采樣調(diào)理裝置，與位移信號采樣調(diào)理裝置以232串行接口連接并接受振動信號并分析預(yù)測未來時刻振動信號的故障預(yù)測裝置；

所述振動位移信號傳感器為將振動位移信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓信號的傳感器，所述振動位移信號傳感器固定到待測試螺旋槳上。

所述位移信號采樣調(diào)理裝置，包括有振動位移數(shù)值顯示窗口、信號放大濾波模塊、與信號放大濾波模塊電路輸入端連接的A/D轉(zhuǎn)換器、232串行通信口、電源開關(guān)，所述A/D轉(zhuǎn)換器信號輸入端與振動位移信號傳感器連接，所述信號放大濾波模塊電路的輸出端與232串行通信口連接。

所述故障預(yù)測裝置，包括振動位移數(shù)值顯示模塊、DSP硬件電路接口模塊、232串行通信口、供電電源、控制開關(guān)，供電電源給整個裝置供電，DSP硬件電路接口模塊的輸入端通過232串行通信口與位移信號采樣調(diào)理裝置連接，輸出端接振動位移數(shù)值顯示模塊。

所述DSP硬件電路接口模塊，包括DSP系統(tǒng)電源電路、時鐘與復(fù)位電路、液晶顯示接口電路；所述DSP硬件電路接口模塊的芯片為數(shù)字信號處理器。

所述振動位移數(shù)值顯示模塊包括一液晶顯示器，所述液晶顯示器為可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能的顯示器。

本發(fā)明具有如下的突出效果：

1.用小波分析的方法對故障信號進行多尺度分解，從各尺度分解重構(gòu)波形及其頻譜圖提取故障信號微細特征；尋找螺旋槳振動信號的能量分布與其故障狀態(tài)間存在映射關(guān)系；

2.利用灰色預(yù)測原理預(yù)測出能量特征向量及其變化趨勢從而預(yù)測出故障發(fā)生的可能性及故障模式，提供一種實用的螺旋槳故障預(yù)測方法與裝置；

3.本發(fā)明不僅可以預(yù)測螺旋槳故障狀況，而且可以預(yù)測正常工作狀況的振動信號數(shù)值。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式來詳細說明本發(fā)明，

圖1為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法及裝置的結(jié)構(gòu)關(guān)系圖；

圖2為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法及裝置的故障預(yù)測流程圖；

圖3為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法及裝置的A/D轉(zhuǎn)換接口電路圖；

圖4為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法及裝置的DSP系統(tǒng)電路圖；

圖5a為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法及裝置的時鐘電路圖；

圖5b為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法及裝置的復(fù)位電路圖；

圖6為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法及裝置的液晶顯示接口電路圖；

圖7為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法及裝置的振動位移時域信號圖；

圖8為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測方法及裝置的振動位移小波分解信號圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實施方式，進一步闡述本發(fā)明。

參看圖1，一種螺旋槳小波灰色故障預(yù)測裝置，由振動位移信號傳感器1、位移信號采樣調(diào)理裝置2、故障預(yù)測裝置3連接而成。振動位移信號傳感器1測試螺旋槳的振動位移，振動位移信號傳感器1輸出與振動信號對應(yīng)的電壓信號，并接入位移信號采樣調(diào)理裝置2；位移信號采樣調(diào)理裝置2中，對電壓信號進行放大、濾波預(yù)處理及A/D轉(zhuǎn)換，通過232串行接口送入故障預(yù)測裝置3；在故障預(yù)測裝置3中，對來自位移信號采樣調(diào)理裝置2的不同時間系列的電壓信號進行小波分析處理，得到螺旋槳不同頻段的能量函數(shù)大小，然后再利用灰色預(yù)測原理預(yù)測未來各個時刻的不同頻段的能量函數(shù)大小，利用反小波變換得到未來各個時刻的螺旋槳振動位移數(shù)值，從而準確預(yù)測螺旋槳未來工作狀況。

振動位移信號傳感器1包括有壓電陶瓷、磁鐵及信號傳輸線；用來將振動位移信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓信號。

位移信號采樣調(diào)理裝置2包括有振動位移數(shù)值顯示窗口、與信號放大濾波模塊電路輸入端連接的A/D轉(zhuǎn)換器、232串行通信口、電源開關(guān)，信號放大濾波模塊電路的輸入端與振動位移信號傳感器連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器信號輸出端與232串行通信口連接。來自振動位移信號傳感器1電壓信號，通過信號放大濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換器處理，在進行振動位移數(shù)值顯示窗口顯示的同時，在通信驅(qū)動程序控制下，通過232串行通信口向故障預(yù)測裝置3傳送振動位移測試值；A/D轉(zhuǎn)換器采用TI公司生產(chǎn)的過采樣∑-Δ技術(shù)的模擬接口芯片(TLC320AD50C)，它集成了16位A/D和D/A轉(zhuǎn)換通道，其內(nèi)部ADC之后有一個抽取濾波器，DAC之前有一個插值濾波器，接收和發(fā)送可以同時進行。A/D轉(zhuǎn)換接口電路圖如圖3所示。

故障預(yù)測裝置3包括有DSP硬件電路接口模塊、振動位移數(shù)值顯示模塊、232串行通信口、供電電源、控制開關(guān)，供電電源給整個裝置供電，DSP硬件電路接口模塊的輸入端通過232串行通信口與位移信號采樣調(diào)理裝置連接，輸出端接振動位移數(shù)值顯示模塊。它主要控制其與位移信號采樣調(diào)理裝置2的數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)小波分析、灰色預(yù)測模型和螺旋槳未來故障預(yù)測。

DSP硬件電路接口模塊，包括DSP系統(tǒng)電源電路、時鐘與復(fù)位電路、液晶顯示接口電路；DSP芯片采用TI公司的C54X系列TMS320VC5402數(shù)字信號處理器；振動位移數(shù)值顯示模塊采用ST7920控制器驅(qū)動的點陣液晶顯示模塊OCM4×8C，該模塊可以顯示字母、數(shù)字符號、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。DSP系統(tǒng)電源電路如圖4所示，時鐘電路如圖5a所示，復(fù)位電路如圖5b所示。

本發(fā)明工作原理：振動位移信號傳感器1輸出與振動信號對應(yīng)的電壓信號；位移信號采樣調(diào)理裝置2對電壓信號進行放大、濾波預(yù)處理及A/D轉(zhuǎn)換，并通過232串行接口與故障預(yù)測裝置3進行串行數(shù)據(jù)通信；故障預(yù)測裝置3分析數(shù)據(jù)和預(yù)測螺旋槳未來故障。它由內(nèi)置的控制驅(qū)動程序完成，該控制程序包括采樣程序、通信程序、小波分析程序、灰色預(yù)測模型和故障預(yù)測程序五部分，采樣程序內(nèi)置于位移信號采樣調(diào)理裝置2中，驅(qū)動采樣裝置完成采樣任務(wù)；通信程序分別內(nèi)置于位移信號采樣調(diào)理裝置2和故障預(yù)測裝置3中，控制兩兩之間的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)保存；小波分析程序、灰色預(yù)測模型和故障預(yù)測程序內(nèi)置于故障預(yù)測裝置3中，完成螺旋槳的故障預(yù)測。

本發(fā)明工作過程：一螺旋槳實驗臺，是本發(fā)明實施例的故障預(yù)測對象，它可以設(shè)置螺旋槳的各種故障模式；按照圖1結(jié)構(gòu)連接各個設(shè)備，再按圖2的故障預(yù)測流程進行預(yù)測處理，將振動位移信號傳感器1固定到的螺旋槳實驗臺上，待信號穩(wěn)定后，按下故障預(yù)測裝置3薄膜面板的"信號采樣"按鈕，則故障預(yù)測裝置3啟動通信程序驅(qū)動位移信號采樣調(diào)理裝置2，通過串行接口將振動位移的電壓信號送入故障預(yù)測裝置3并保存；按下故障預(yù)測裝置3薄膜面板的"小波分析"按鈕，則故障預(yù)測裝置3啟動小波分析處理程序，對采集的振動信號進行小波分析處理，得到螺旋槳不同時間系列的不同頻段能量函數(shù)大小并保存；按下故障預(yù)測裝置3薄膜面板的"灰色模型"按鈕，則故障預(yù)測裝置3啟動灰色預(yù)測處理程序，利用螺旋槳不同時間系列的不同頻段能量函數(shù)值建立灰色預(yù)測模型，計算下一時刻螺旋槳的不同頻段能量函數(shù)值并保存；按下故障預(yù)測裝置3薄膜面板的的"故障預(yù)測"按鈕，則故障預(yù)測裝置3啟動故障預(yù)測程序，計算下一時刻螺旋槳的振動位移預(yù)測數(shù)值并判定螺旋槳的工作狀態(tài)，由圖6的液晶電路顯示螺旋槳未來工作狀況。圖7是螺旋槳實驗臺的振動位移時域信號圖；圖8是螺旋槳實驗臺的振動位移小波變換后的頻域能量分布圖。故障預(yù)測流程圖參看圖2。

盡管上述實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了描述，但是對于本行業(yè)的技術(shù)人員來說，仍可對本實施例作多種變化，因此，凡是采用本發(fā)明的相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍。