本發(fā)明涉及振動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，尤其涉及一種無線遙測(cè)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)有技術(shù)中旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)主要依賴于有線傳感器和傳統(tǒng)的信號(hào)采集裝置，有線傳感器和傳統(tǒng)的信號(hào)采集裝置通過物理連接實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸和供電并將傳感器采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸至靜止端進(jìn)行分析，然而，在高速旋轉(zhuǎn)和復(fù)雜工況下，傳統(tǒng)的有線監(jiān)測(cè)技術(shù)存在諸多局限性，難以滿足工業(yè)設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性、高可靠性和環(huán)境適應(yīng)性的需求。

2、在旋轉(zhuǎn)環(huán)境中信號(hào)采集和傳輸技術(shù)長(zhǎng)期以來受到物理連接限制，傳統(tǒng)的有線傳感器通過滑環(huán)或扭轉(zhuǎn)電纜傳輸振動(dòng)信號(hào)，傳統(tǒng)方法容易因長(zhǎng)期使用導(dǎo)致電纜的磨損、斷裂或接觸不良，進(jìn)而造成信號(hào)丟失，此外，滑環(huán)接觸方式在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)難以維持穩(wěn)定的電氣連接可能導(dǎo)致信號(hào)傳輸質(zhì)量下降，無法保證振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和連續(xù)性。

3、另一方面，旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)通常處于高溫、高濕、高塵或強(qiáng)油霧的惡劣環(huán)境中，現(xiàn)有裝置的密封和散熱設(shè)計(jì)難以應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜工況，設(shè)備在長(zhǎng)期運(yùn)行中容易因過熱或密封失效而發(fā)生故障，不僅影響監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用壽命也降低了振動(dòng)監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性和可靠性。

4、此外，現(xiàn)有技術(shù)在數(shù)據(jù)處理和模型分析方面也存在不足。傳統(tǒng)方法通常采用預(yù)設(shè)的固定閾值判斷振動(dòng)是否異常，但由于旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的工況復(fù)雜且動(dòng)態(tài)變化，固定閾值方法容易造成誤報(bào)或漏報(bào)，難以適應(yīng)多變的工作環(huán)境，同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)缺乏對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行自學(xué)習(xí)分析的能力，無法根據(jù)實(shí)際工況實(shí)時(shí)更新判別模型，導(dǎo)致預(yù)測(cè)性維護(hù)的效果受到限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種無線遙測(cè)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)在振動(dòng)信號(hào)采集、傳輸、處理以及環(huán)境適應(yīng)性方面的不足。

2、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種無線遙測(cè)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法，包括如下步驟：

3、s1、通過振動(dòng)加速度傳感器均勻布置在旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的法蘭盤圓周方向上，固定于傳動(dòng)軸表面，實(shí)時(shí)采集旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)通過射頻連接線傳輸至振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置的信號(hào)調(diào)理電路；

4、s2、通過信號(hào)調(diào)理電路對(duì)振動(dòng)加速度傳感器輸出的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，通過高階低通濾波器對(duì)多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理；

5、s3、利用振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置中的嵌入式處理器對(duì)調(diào)理后的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，生成帶有時(shí)間戳和傳感器標(biāo)識(shí)的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)包；

6、s4、通過振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置的無線通訊模塊，將編碼后的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)包傳輸至與其連接的移動(dòng)終端，無線通訊模塊采用自適應(yīng)頻段切換機(jī)制，根據(jù)環(huán)境干擾情況動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)傳輸頻段；

7、s5、移動(dòng)終端對(duì)接收到的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，提取振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，通過人工智能自學(xué)習(xí)算法對(duì)長(zhǎng)期積累的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)生成旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)基準(zhǔn)模型，正常工作狀態(tài)基準(zhǔn)模型涵蓋多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)在不同工況下的特征分布；

8、s6、基于正常工作狀態(tài)基準(zhǔn)模型對(duì)實(shí)時(shí)傳輸?shù)恼駝?dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一比對(duì)和分析，通過自學(xué)習(xí)算法更新模型參數(shù)，自適應(yīng)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行條件的變化，當(dāng)比對(duì)結(jié)果顯示振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)超出基準(zhǔn)模型設(shè)定范圍時(shí)，判定為振動(dòng)異常，并生成異常振動(dòng)特征數(shù)據(jù)；

9、s7、將異常振動(dòng)特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在移動(dòng)終端的振動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中，同時(shí)通過報(bào)警模塊向操作人員發(fā)送報(bào)警信號(hào)。

10、可選的，所述s1包括以下步驟：

11、s11、在旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的法蘭盤圓周方向上均勻布置多個(gè)振動(dòng)加速度傳感器，并通過螺栓固定于傳動(dòng)軸表面，使振動(dòng)加速度傳感器隨傳動(dòng)軸同步旋轉(zhuǎn)；

12、s12、每個(gè)振動(dòng)加速度傳感器實(shí)時(shí)采集旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，所述振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)包括橫向振動(dòng)加速度、縱向振動(dòng)加速度和周向振動(dòng)加速度：

13、橫向振動(dòng)加速度，表示沿法蘭盤平面徑向方向上的振動(dòng)加速度；

14、縱向振動(dòng)加速度，表示沿傳動(dòng)軸軸向方向上的振動(dòng)加速度；

15、周向振動(dòng)加速度，表示沿傳動(dòng)軸圓周方向上的振動(dòng)加速度；

16、其中，、、分別為對(duì)應(yīng)方向上的振動(dòng)力，m為傳動(dòng)軸的局部質(zhì)量；

17、s13、每個(gè)振動(dòng)加速度傳感器將其采集到的橫向振動(dòng)加速度、縱向振動(dòng)加速度和周向振動(dòng)加速度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過射頻連接線實(shí)時(shí)傳輸至振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置的信號(hào)調(diào)理電路；

18、s14、振動(dòng)加速度傳感器的安裝位置需滿足以下對(duì)稱性條件：

19、若在法蘭盤圓周方向上布置n個(gè)振動(dòng)加速度傳感器，傳感器位置的角度間隔需為；

20、傳感器在法蘭盤的半圓方向上需成對(duì)對(duì)稱布置，消除重力加速度g對(duì)振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的耦合作用；

21、s15、結(jié)合振動(dòng)加速度傳感器的安裝誤差，建立如下誤差補(bǔ)償模型：

22、；

23、其中，為補(bǔ)償后的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，為未經(jīng)補(bǔ)償?shù)恼駝?dòng)加速度數(shù)據(jù)，為安裝誤差補(bǔ)償值；

24、s16、校驗(yàn)傳感器輸出信號(hào)的穩(wěn)定性，通過定期校驗(yàn)信號(hào)幅值變化范圍使傳感器采集的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)在正常工況下滿足以下范圍：

25、；

26、其中，和分別為振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的最小值和最大值。

27、可選的，所述s2包括以下步驟：

28、s21、通過信號(hào)調(diào)理電路對(duì)振動(dòng)加速度傳感器輸出的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，電信號(hào)形式的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)通過前置放大電路放大至適配信號(hào)調(diào)理電路的輸入范圍；

29、s22、利用高階低通濾波器對(duì)經(jīng)過放大的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪處理，去除高頻噪聲，得到濾波后的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)；

30、s23、對(duì)濾波后的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)分別進(jìn)行幅值調(diào)整，將每一維數(shù)據(jù)的幅值調(diào)整到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入范圍?，其中：

31、；

32、其中，為對(duì)應(yīng)方向的電信號(hào)電壓值，為方向?qū)?yīng)的增益系數(shù)，根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的動(dòng)態(tài)范圍調(diào)整；

33、s24、對(duì)經(jīng)過幅值調(diào)整后的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)校驗(yàn)，校驗(yàn)內(nèi)容包括信號(hào)完整性校驗(yàn)，通過計(jì)算數(shù)據(jù)包的校驗(yàn)判斷是否存在數(shù)據(jù)丟失，將校驗(yàn)通過的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)編碼模塊。

34、可選的，所述s3包括以下步驟：

35、s31、通過嵌入式處理器接收經(jīng)信號(hào)調(diào)理后的多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)，處理器對(duì)接收到的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間同步標(biāo)記；

36、s32、為每組振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)分配傳感器標(biāo)識(shí)符，傳感器標(biāo)識(shí)符用于唯一標(biāo)識(shí)多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)加速度傳感器，滿足以下關(guān)系：

37、；

38、其中，為傳感器在法蘭盤上的布置位置，為對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理通道編號(hào)；

39、s34、將振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)、時(shí)間戳和傳感器標(biāo)識(shí)符組合生成數(shù)據(jù)記錄單元，表示傳感器數(shù)據(jù)采集的第?k個(gè)采樣時(shí)刻；

40、s35、通過嵌入式處理器將多個(gè)數(shù)據(jù)記錄單元進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，生成振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)包，其編碼規(guī)則為：

41、；

42、其中，為預(yù)設(shè)的編碼函數(shù)；

43、s36、校驗(yàn)生成的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)包的完整性，通過校驗(yàn)碼判斷數(shù)據(jù)包是否在編碼過程中出現(xiàn)丟失或錯(cuò)誤。

44、可選的，所述s5包括以下步驟：

45、s51、通過移動(dòng)終端接收振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)包，利用預(yù)設(shè)的解碼函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，提取多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)、時(shí)間戳和傳感器標(biāo)識(shí)符；

46、s52、根據(jù)時(shí)間戳和傳感器標(biāo)識(shí)符將提取的振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)分類存儲(chǔ)至對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫；

47、s53、對(duì)每一維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅里葉變換，計(jì)算其主頻和頻譜特征分布：

48、；

49、其中，為第n個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的振動(dòng)加速度值，n表示采樣點(diǎn)總數(shù)，t為采樣周期，f為頻率分量；

50、對(duì)振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的幅值波動(dòng)范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分段概率計(jì)算為：

51、；

52、其中，為幅值在區(qū)間內(nèi)的概率分布，p(a)為幅值的概率密度函數(shù)；

53、不同維度振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的方向耦合性通過互信息計(jì)算：

54、；

55、其中，為和的聯(lián)合概率密度，和為各自的邊緣概率密度函數(shù)；

56、s54、基于提取的特征數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)的正常工作狀態(tài)基準(zhǔn)模型：

57、。

58、可選的，所述s6包括以下步驟：

59、s61、通過解碼函數(shù)將實(shí)時(shí)傳輸?shù)恼駝?dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)包解碼，提取振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)、時(shí)間戳和傳感器標(biāo)識(shí)符；

60、s62、通過對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的頻率域分析，將主頻偏差和功率譜密度的差異定義為：

61、；

62、；

63、其中，和分別為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)模型的主頻，和分別為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)模型的功率譜密度，和分別為最小分析頻率范圍和最大分析頻率范圍，當(dāng)時(shí)，判定為異常；

64、s63、計(jì)算實(shí)時(shí)振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的幅值偏差，并將其與正常范圍比較：

65、；

66、其中，為實(shí)時(shí)振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的幅值，為基準(zhǔn)模型中的幅值，當(dāng)時(shí)，判定為異常；

67、s64、通過實(shí)時(shí)計(jì)算多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的方向耦合性互信息，定義差異如下：

68、；

69、其中，和分別為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)模型的聯(lián)合概率密度，當(dāng)時(shí)，判定為異常。

70、s65、當(dāng)步驟s62、s63或s64中的任意比對(duì)結(jié)果超出正常范圍時(shí)，綜合記錄異常特征數(shù)據(jù)；

71、s66、利用實(shí)時(shí)異常特征數(shù)據(jù)，通過自學(xué)習(xí)算法更新基準(zhǔn)模型。

72、本發(fā)明的有益效果是：

73、（1）?本發(fā)明引入人工智能自學(xué)習(xí)算法，結(jié)合長(zhǎng)期振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的特征提取自動(dòng)生成并動(dòng)態(tài)更新正常工作狀態(tài)基準(zhǔn)模型，通過自學(xué)習(xí)算法的實(shí)時(shí)迭代更新，系統(tǒng)能夠適應(yīng)旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行條件的動(dòng)態(tài)變化，避免傳統(tǒng)固定閾值方法在復(fù)雜工況下誤報(bào)或漏報(bào)的缺陷，在多維振動(dòng)信號(hào)的主頻、功率譜特征及方向耦合特性發(fā)生細(xì)微偏移時(shí)算法能夠迅速捕捉異常并精準(zhǔn)判定故障類型，相比傳統(tǒng)方法，振動(dòng)異常檢測(cè)的準(zhǔn)確性提升了15%以上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了模型更新時(shí)間從分鐘級(jí)降至秒級(jí)。

74、（2）?本發(fā)明通過振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置中的嵌入式處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)多維振動(dòng)加速度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理與編碼，利用優(yōu)化的編碼規(guī)則，數(shù)據(jù)包具有高度可追溯性和緊湊性，極大地減少了數(shù)據(jù)傳輸過程中的冗余，經(jīng)驗(yàn)證，所生成的振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)包的大小降低了約30%，但仍保留完整的振動(dòng)特征信息，從而提高了無線傳輸效率和數(shù)據(jù)可靠性，此外，結(jié)合多級(jí)校驗(yàn)機(jī)制數(shù)據(jù)包傳輸錯(cuò)誤率下降至0.1%以下，顯著提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

75、（3）?本發(fā)明采用密封設(shè)計(jì)和優(yōu)化的散熱結(jié)構(gòu)，顯著增強(qiáng)了振動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置在高溫、高濕、強(qiáng)油霧環(huán)境中的運(yùn)行穩(wěn)定性，利用無線供電和信號(hào)傳輸技術(shù)徹底消除了傳統(tǒng)滑環(huán)供電方式的機(jī)械磨損問題，確保設(shè)備能夠在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，經(jīng)過測(cè)試，本發(fā)明在70°c高溫和95%濕度條件下連續(xù)運(yùn)行120小時(shí)，無性能衰減；在含油霧環(huán)境中的故障率降低至0.05%。