压力传感器故障诊断装置及其诊断方法与流程

本发明属于故障诊断技术领域，具体涉及一种压力传感器故障诊断装置及其诊断方法。

背景技术：

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。一般普通压力传感器的输出为模拟信号，模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。压力是工业生产中的重要参数之一，为了保证生产正常运行，必须对压力进行监测和控制，只有排出压力传感器的故障，才能更好的应用压力传感器。

专利压力传感器故障诊断控制器(公开号：CN1163345)公开了一种内燃机中压力传感器故障诊断方法，该装置通过测量由总负载中进入空气量确定判断压力传感器是否异常，虽然判定过程简单，但存在很多不稳定因素，如空气量是不确定量，没办法对压力传感器进行精确的故障诊断，判断出压力传感器的具体问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种压力传感器故障诊断装置及其诊断方法,结构简单，能精准地对压力传感器进行故障诊断，经过计算分析，判断出压力传感器的具体问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种压力传感器故障诊断装置，包括机体和设在所述机体内的诊断系统，所述诊断系统包括采集预处理系统、分解计算系统和状态显示系统，所述采集预处理系统包括电源、压力变送器和A/D转换器，所述电源供电给所述压力变送器，所述压力变送器连接所述A/D转换器；所述分解计算系统包括第一FPGA、第二FPGA、第三FPGA和第四FPGA，所述A/D转换器连接所述第一FPGA的输入端，所述第一FPGA的输出端分别连接所述第二FPGA和所述第三FPGA的输入端，所述第二FPGA和所述第三FPGA的输出端共同连接所述第四FPGA的输入端；所述状态显示系统包括与所述第四FPGA的输出端连接的报警器和显示器。

优选的，所述诊断系统还包括键盘，所述键盘分别连接所述第一FPGA、所述第二FPGA、所述第三FPGA和所述第四FPGA，对FPGA器件进行编程控制，方便系统维护升级。

优选的，所述机体上设有测量导线，所述测量导线一端连接所述压力变送器，所述测量导线另一端连接压力传感器，采用所述测量导线对压力传感器进行连接测量诊断。

优选的，所述机体上设有显示屏和报警指示灯，所述显示屏内部和所述显示器连接，显示最终诊断结果，所述报警指示灯内部连接所述报警器，当被测压力传感器存在故障时，通过报警器直观反映报警。

优选的，所述机体上设有键盘操作板和电源开关，所述键盘操作板内部连接所述键盘，方便操作故障诊断装置，所述电源开关内部连接所述电源，对装置进行启动控制。

所述压力传感器故障诊断装置的诊断方法：

S1：通过所述测量导线连接压力传感器，所述压力变送器采集压力脉动信号，并对采集到的压力信号进行改进小波阀值去噪处理，降低压力信号噪声；

S2：预处理后的压力信号进入所述第一FPGA，所述第一FPGA采用经验模态分解方法对压力信号进行分解，选取第一层信号，即高频段信号作为继续分析信号；

S3：继续分析信号进入所述第二FPGA和所述第三FPGA进行功率谱分析，所述第二FPGA计算其斜率，作为第一特征值，所述第三FPGA对同一压力信号进行计算求出信号的主模态振动频率与阻尼比，将三个特征值组成特征向量，完成压力信号的特征提取；

S4：特征向量进入所述第四FPGA应用聚类分析发放进行聚类分析，确定故障类型，传输给所述状态显示系统，进行故障显示。

本发明的有益效果是：采用多个FPGA器件对压力采用信号进行快速分析处理，既简化了复杂的模拟计算过程，又达到了快速准确分析的效果；采用多种组合计算方法，准确综合分析故障原因和类型；机体结构简单，测量准确，操作方便，适用于各种压力传感器的故障诊断。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明内部结构示意图；

图2是本发明外部结构示意图；

图3是本发明的诊断方法流程示意图；

图中标记为：1.机体；2.测量导线；3.显示屏；4.报警指示灯；5.键盘操作板；6.电源开关。

具体实施方式

如图1所示，一种压力传感器故障诊断装置内的诊断系统，诊断系统包括采集预处理系统、分解计算系统和状态显示系统，采集预处理系统包括电源、压力变送器和A/D转换器，电源供电给所述压力变送器，压力变送器连接A/D转换器；分解计算系统包括第一FPGA、第二FPGA、第三FPGA和第四FPGA，A/D转换器连接第一FPGA的输入端，第一FPGA的输出端分别连接第二FPGA和第三FPGA的输入端，第二FPGA和第三FPGA的输出端共同连接第四FPGA的输入端，诊断系统还包括键盘，键盘分别连接第一FPGA、第二FPGA、第三FPGA和第四FPGA，对FPGA器件进行编程控制，方便系统维护升级；状态显示系统包括与第四FPGA的输出端连接的报警器和显示器。

如图2所示，压力传感器故障诊断装置的机体1上设有测量导线2，测量导线2一端连接压力变送器，测量导线2另一端连接压力传感器，采用测量导线2对压力传感器进行连接测量诊断。机体1上设有显示屏3和报警指示灯4，显示屏3内部和显示器连接，显示最终诊断结果，报警指示灯4内部连接报警器，当被测压力传感器存在故障时，通过报警器直观反映报警。机体1上设有键盘操作板5和电源开关6，键盘操作板5内部连接键盘，方便操作故障诊断装置，电源开关6内部连接电源，对装置进行启动控制。

如图3所示，本压力传感器故障诊断装置的诊断方法：

S1：通过测量导线2连接压力传感器，压力变送器采集压力脉动信号，并对采集到的压力信号进行改进小波阀值去噪处理，降低压力信号噪声；

S2：预处理后的压力信号进入第一FPGA，由于压力信号本身具有不同频段的特征，是多种频段脉动的叠加体，为了使受到负压波的影响而发生畸变的某种频段脉动信号凸显出来，需要对压力脉动信号进行模态分解，第一FPGA采用经验模态分解方法对压力信号进行分解，根据对不同状态的信号在不同频段所显示出的特征，选取第一层信号，即高频段信号作为继续分析的信号；

S3：继续分析信号进入第二FPGA和第三FPGA进行功率谱分析，第二FPGA计算其斜率，作为第一特征值，第三FPGA对同一压力信号进行计算求出信号的主模态振动频率与阻尼比，将三个特征值组成特征向量，完成压力信号的特征提取；

S4：将不同故障类型的信号应用K-means聚类分析方法进行聚类分析，找出不同故障类型的边界，确定故障类型的分类标准。特征向量进入第四FPGA应用聚类分析发放进行聚类分析，确定故障类型，三个特征值组成特征向量，判断其落在哪个区域内，就能够确定处于哪种状态，传输给状态显示系统，进行故障显示。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。