往复式机械位置序列采样和诊断方法
【专利摘要】本发明公开了一种往复式机械位置序列采样和诊断方法，进行采样和诊断的步骤如下：步骤1，在缸体侧面均布的N个霍尔传感器与内嵌在活塞内的磁极接近时产生触发序列，声发射传感器采集该霍尔传感器对应位置域的声发射位置序列，振动加速度传感器采集该霍尔传感器对应角位置域的振动位置序列，构成声发射位置序列采样矩阵集合和振动位置序列采样矩阵集合；步骤2，根据所述声发射位置序列形成的声发射位置序列采样矩阵集合和所述振动位置序列形成的振动位置序列采样矩阵集合，通过声发射位置序列采样矩阵集合以及振动位置序列采样矩阵集合定义联合诊断域对往复式机械健康状态做出判断。
【专利说明】往复式机械位置序列采样和诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械传动领域，尤其涉及一种往复式机械位置序列采样和诊断方法。
【背景技术】
[0002] 往复式机械装置广泛应用在工业、医药以及汽车车辆等领域，往复式机械活塞曲 柄结构起着动力中枢的作用，作为核心关键零部件其健康状况直接影响机械系统的运转性 能。活塞曲柄结构由于高循环、高转速等工作环境，容易造成缸体划伤、滑动轴承故障及活 塞敲缸等故障，大大降低了往复式机械工作性能的可靠性和稳定性，给国民经济带来严重 损失。
[0003] 目前，本领域技术人员针对往复式机械故障诊断展开一系列的研宄，以发动机为 代表的往复式机械在故障监测过程中，往往取其表面振动信号、噪声信号作为研宄对象，由 于测试的振动信号往往是十分复杂的非平稳、非线性信号，此外，本领域技术人员采用解调 技术、小波技术和神经网络等对往复式机械非平稳信号进行处理。
[0004] 前述研宄方法在往复式机械的故障诊断中大都采用振动信号作为研宄对象，但由 于往复式机械的强非线性运动，按时间序列采样将导致活塞运行位置不准确、频率模糊等 问题，虽然现有利用一些时频分析及智能方法，但在实现上和操作上均有一些困难，且实时 性较差；目前的监测方法基本都为总体监测法，通过时域参数或频域特征进行诊断，无法确 定故障位置及严重程度等细节问题。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种往复式 机械位置序列采样及诊断方法。
[0006] 为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种往复式机械位置序列采样和诊断 方法，其关键在于，往复式机械位置序列采样装置包括：声发射传感器放置在缸体顶端，缸 体侧壁放置N个霍尔传感器，缸体曲轴轴承固定振动加速度传感器，活塞内部嵌有固定磁 极，按霍尔传感器位置确定信号位置采样域，其中N为正整数；
[0007] 上述装置进行采样和诊断的步骤如下：
[0008] 步骤1，在缸体侧面均布的N个霍尔传感器与内嵌在活塞内的磁极接近时产生触 发序列，声发射传感器采集该霍尔传感器对应位置采样域的声发射位置序列，振动加速度 传感器采集该霍尔传感器对应角位置采样域的振动位置序列，构成声发射位置序列采样矩 阵集合和振动位置序列采样矩阵集合；
[0009] 步骤2,根据所述声发射位置序列形成的声发射位置序列采样矩阵集合，和所述振 动位置序列形成的振动位置序列采样矩阵集合，通过声发射位置序列采样矩阵集合以及振 动位置序列采样矩阵集合定义联合诊断域对往复式机械健康状态做出判断。
[0010] 所述的往复式机械位置序列采样和诊断方法，优选的，所述步骤1包括：
[0011] 声发射传感器与振动加速度传感器采集该霍尔传感器对应位置域和角位置处的 一个固定位置序列，分别记为Xu和Yij，
[0012] Xlj =[^,4,···,^] 1 、
[0013] ^=[vf，vf,-,v^]?
[0014] 其中i为位置域，Ki<N，j代表行程数，p为声发射传感器序列样本容量，
[0015] 在单一行程内声发射位置序列构成式XXj= [XU;X%…；X，以及振动位置采样 序列构成式YY^= [YU;Y%Y，的行程采样矩阵，
[0016] 行程采样矩阵在行程上不断积累进而构成声发射位置采样序列矩阵集合XX= (XX1，XX2,XX3,…）以及振动位置采样序列矩阵集合YY= (YY1，YY2,YY3,…）。
[0017] 所述的往复式机械位置序列采样和诊断方法，优选的，所述步骤2包括：
[0018] 对声发射位置序列采样矩阵集合和振动位置序列采样矩阵集合中的声发射位置 序列和振动位置序列进行取样，根据位置序列采样爬升率进行循环计算，获得爬升率矩阵， 所述爬升率矩阵与设定阈值进行比较，判断各信号采集域的健康状况。
[0019] 所述的往复式机械位置序列采样和诊断方法，优选的，所述步骤2中爬升率包括：
[0020] S21，令i= 1，j= 1，
【权利要求】
1. 一种往复式机械位置序列采样和诊断方法，其特征在于，往复式机械位置序列采样 装置包括：声发射传感器放置在缸体顶端，缸体侧壁放置N个霍尔传感器，缸体曲轴轴承固 定振动加速度传感器，活塞内部嵌有固定磁极，按霍尔传感器位置确定信号位置采样域，其 中N为正整数； 上述装置进行采样和诊断的步骤如下： 步骤1，在缸体侧面均布的N个霍尔传感器与内嵌在活塞内的磁极接近时产生触发序 列，声发射传感器采集该霍尔传感器对应位置采样域的声发射位置序列，振动加速度传感 器采集该霍尔传感器对应角位置采样域的振动位置序列，构成声发射位置序列采样矩阵集 合和振动位置序列采样矩阵集合； 步骤2,根据所述声发射位置序列形成的声发射位置序列采样矩阵集合，和所述振动位 置序列形成的振动位置序列采样矩阵集合，通过声发射位置序列采样矩阵集合以及振动位 置序列采样矩阵集合定义联合诊断域对往复式机械健康状态做出判断。
2. 根据权利要求1所述的往复式机械位置序列采样和诊断方法，其特征在于，所述步 骤1包括： 声发射传感器与振动加速度传感器采集该霍尔传感器对应位置域和角位置处的一个 固定位置序列，分别记为和Yij，
其中i为位置域，1 <i<N，j代表行程数，p为声发射传感器序列样本容量， 在单一行程内声发射位置序列构成式XX^_= [XU;X%…；X，以及振动位置采样序列 构成式YY^_= [YU;Y%…；Y，的行程采样矩阵， 行程采样矩阵在行程上不断积累进而构成声发射位置采样序列矩阵集合XX= (XX1，XX2,XX3,…）以及振动位置采样序列矩阵集合YY= (YY1，YY2,YY3,…）。
3. 根据权利要求1所述的往复式机械位置序列采样和诊断方法，其特征在于，所述步 骤2包括： 对声发射位置序列采样矩阵集合和振动位置序列采样矩阵集合中的声发射位置序列 和振动位置序列进行取样，根据位置序列采样爬升率进行循环计算，获得爬升率矩阵，所述 爬升率矩阵与设定阈值进行比较，判断各信号采集域的健康状况。
4. 根据权利要求1或3所述的往复式机械位置序列采样和诊断方法，其特征在于，所述 步骤2中爬升率包括：
其中i为域数，j代表行程数，P= 1时为声发射信号，P= 2时代表振动信号；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函数如式
523, 令j=j+1，判断是否是有j〈N，如果是，则返回步骤S22,否则执行步骤S24 ; 524, 通过循环计算获得域i的爬升率特征向量Pp
其中〇dP02分别代表声发射序列与振动序列权值系数； 525, 令i=i+1，判断是否是有i〈M，其中M为正整数，如果是，则返回步骤S24,否则执 行步骤S26 ; 526, 综合往复机械各个域的爬升率特征向量构成爬升率矩阵P，
在爬升率矩阵P中是否有连续L个行程的爬升率均超过设定阈值，其中L为正整数，若 存在此状况则判定此域为故障状态，反之则为正常状态； 527, 令i=i+1，判断是否是有i〈M，如果是，则返回步骤S26,否则记录各位置域的健康 状态。
【文档编号】G01M13/00GK104483121SQ201410813820
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月24日 优先权日:2014年12月24日
【发明者】邵毅敏, 王利明, 刘静, 郭放, 邓未, 叶维军, 曹正 申请人:重庆大学