一种异常冲击实时检测方法与流程

本发明属于机械设备健康管理及故障诊断技术领域。

背景技术：

机械设备或系统在出现故障时往往伴随着异常冲击的产生，如果任其发展，可能会产生严重的后果。为了避免设备故障，保障人身和设备安全，必须对设备进行监测，实时掌握设备的状态，从而使设备维修和管理更趋科学化。加速度、位移、力等信号通常被用来判断设备振动是否存在异常冲击。目前，异常冲击信号主要基于以往经验确定的固定阈值来评判，主观性较强。此外，同一设备运行在不同工况时，振动的幅值也会发生变化，若继续使用固定阈值，误判的可能性较大。而且某一工况下的某一种振动信号的阈值只能适用于它本身，不能用于其它工况或其它传感器信号，使得固定阈值的适用范围较窄。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种异常冲击实时检测方法，它能有效地解决振动设备异常冲击信号的实时检测问题。

本发明为实现目的采用的技术方案是：一种异常冲击实时检测方法，基本思想如下：

步骤一、通过安装在待测设备上的传感器获取待测设备的实时振动信号；

步骤二、对振动信号使用一个可移动的窗口，用于计算振动信号在窗口内的移动标准差，以确定此刻传感器获取的实时振动信号的移动标准差；当获取了下一时刻振动信号时，窗口也跟着移动到下一时刻计算下一时刻的振动信号移动标准差；移动标准差mstd的方程式如式1所示：

式中，win是计算振动信号移动标准差的窗口时间长度；t是振动信号的当前时刻；mstdt指移动标准差在t时刻的值；是振动信号在窗口[t-win/2,t+win/2]内的标准差，其中st是振动信号在t时刻的幅值，是窗口[t-win/2,t+win/2]内振动信号幅值的平均值；

步骤三、对振动信号的移动标准差再次使用一个可移动的窗口，并基于3σ准则确定当前时刻判断异常冲击的动态阈值，实时检测异常冲击；

动态阈值mmstd方程式如式2所示：

式中，winp是计算动态阈值的窗口时间长度；mmstdt指动态阈值在t时刻的值。

所述振动信号样本数据需要足够大，且服从或近似服从正态分布。

本发明的有益效果是：

1、本发明的异常冲击实时检测方法是基于移动窗口计算振动信号的判断阈值，可以实时检测异常信号，及时对潜在故障采取预防措施。

2、本发明的异常冲击信号评判阈值是动态阈值，根据被测信号前一时刻振动幅值情况自适应调整的，大大提高了异常冲击检测精度。

3、本发明的动态阈值的计算是基于3σ准则，适用于多种振动信号在多种工况的评估，适用范围广。

附图说明

图1是本发明的异常冲击检测方法流程图；

图2是根据本发明一个实施例的冲击检测结果示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。

实施例1

现结合附图1和图2对本发明作进一步说明。

一种异常冲击实时检测方法，应用于电气化铁路受电弓-接触网系统的异常冲击检测。

步骤一、通过安装在受电弓滑板铝托下底面上的光纤光栅应变传感器获取受电弓-接触网系统的实时相互作用应变振动信号；

步骤二、对应变信号使用一个可移动的窗口，用于计算振动信号在窗口内的移动标准差，以确定此刻传感器获取的实时振动信号的移动标准差；当获取了下一时刻振动信号时，窗口也跟着移动到下一时刻计算下一时刻的振动信号移动标准差；移动标准差mstd的方程式如式1所示：

式中，win＝0.2s是计算应变信号移动标准差的窗口1时间长度；t是应变信号的当前时刻；mstdt指移动标准差在t时刻的值；是应变信号在窗口[t-win/2,t+win/2]内的标准差，其中st是应变信号在t时刻的幅值，是窗口[t-win/2,t+win/2]内应变信号幅值的平均值；

步骤三、对应变信号的移动标准差再次使用一个可移动的窗口，并基于3σ准则确定当前时刻判断异常冲击的动态阈值，实时检测异常冲击；

动态阈值mmstd方程式如式2所示：

式中，winp＝10s是计算动态阈值的窗口2时间长度；mmstdt指动态阈值在t时刻的值。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种异常冲击实时检测方法，属于机械设备健康管理及故障诊断技术领域。其基本思想是获取待测设备的实时振动信号，根据所述信号确定此刻振动信号的移动标准差；基于3σ准则和振动信号的移动标准差确定此刻异常冲击的动态阈值，实时检测异常冲击。本发明是基于移动窗口计算振动信号的判断阈值，可以实时检测异常信号，及时对潜在故障采取预防措施。本发明的异常冲击信号评判阈值是动态阈值，根据被测信号前一时刻振动幅值情况自适应调整的，大大提高了异常冲击检测精度，适用于多种振动信号在多种工况的评估，适用范围广。

技术研发人员：谭梦颖;周宁;张卫华;邹栋;王江文
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：2018.11.29
技术公布日：2019.03.19