基于边缘计算的液压系统状态检测与故障诊断系统

1.本发明涉及液压系统监测技领域，具体地涉及一种边缘采集器、液压系统检测与诊断系统、故障分析方法。


背景技术：

2.液压系统是机械装备中的常用子系统，是故障率较高的执行部件。该系统常采用定期维护的维修策略，由于工作强度的差异，经常出现过度保养和未及时保养的现象。从而导致维修费用高，维修时间长，影响了设备的工作效能。近些年，基于状态监测的维保策略在众多关键设备领域进行应用。在液压领域，新型维保策略逐渐出现，因此进行状态监测、评估健康状态和预测性维护，实现液压设备的智能运维，提升液压设备的工作效能。液压系统的故障大多出现在执行部分、动力部分和流体输送部分。现有液压监测系统植入原车载系统，较复杂成本较高，应用价值很难得到使用者认可。现有液压监测系统还存在体积偏大、集成程度低的一系列问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种边缘采集器、液压系统检测与诊断系统、故障分析方法，该发明能够解决现有技术中存在置入原车载系统直接配备故障诊断和分析系统导致的成本高、体积大，原车载系统通常仅有液压传感器其他传感器分布于其他位置导致集成程度低的问题。
4.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种边缘采集器，包括集成座、所述多元物理量感知系统、数据边缘采集分析系统，所述集成座内设置有供液压系统介质流经的管道，所述集成座上设置有多个传感器接口，所述多元物理量感知系统安装在传感器接口上，所述多元物理量感知系统至少包括以下任意两种的传感器：压力传感器、流量传感器、温度传感器、振动传感器、水分分析传感器、颗粒度传感器；所述数据边缘采集分析系统设置在集成座上，与多元物理量感知系统电连接，用于对多元物理量感知系统所感知的电信号进行采样、调制、存储、提取特征参数，向外部传输特征参数。
5.通过上述技术方案的设置，现有的液压检测系统通常仅有液压传感器，本技术方案通过设置单独的边缘采集器，边缘采集器集成了多种传感器，整体集成度高、体积小、感知维度广泛，诊断结果精确且全面；可外接入液压系统，使得企业有选择地使用少量的边缘采集器分时段检测多台液压系统，成本低；边缘采集器能够在处理对象端对传感器感知的电信号进行预处理，降低故障诊断分析系统的处理压力提高整个检测过程的处理速度。
6.进一步地，所述多元物理量感知系统包括：快变信号采集模块，用于对所述电信号中的快变信号进行调制和采样；慢变信号采集模块，用于对所述电信号中的慢变信号进行调制和采样；边缘计算分析模块，包括至少一种向外传输数据的数据接口，所述边缘计算分析模块与快变信号采集模块、慢变信号采集模块电连接，所述边缘计算分析模块用于对所述电信号进行存储、提取特征参数向外部传输特征参数；电源模块，用于为快变信号采集模
块、慢变信号采集模块和边缘计算分析模块提供电源。
7.进一步地，所述快变信号包括振动电信号以及压力电信号，所述慢变信号包括流量电信号、温度电信号、水分电信号以及颗粒度电信号。
8.进一步地，所述边缘采集器还包括用于包覆多元物理量感知系统的感知系统壳体、用于包覆数据边缘采集分析系统的采集分析系统壳体。
9.本发明第二方面提供一种液压系统检测与诊断系统，包括：所述边缘采集器；液压管道接入部件，用于并联边缘采集器和液压系统；状态监测与故障分析系统，与边缘采集器电连接，用于接收并显示特征参数、分析特征参数，通过对比存储的故障样本数据，获取系统性能状态和故障诊断结果；便携式系统集成装置，用于承载所述液压管道接入部件、边缘采集器、状态监测与故障分析系统。
10.通过上述技术方案的设置，现有的液压检测系统通常仅有液压传感器，本技术方案通过设置单独的边缘采集器，边缘采集器集成了多种传感器，整体集成度高、体积小、感知维度广泛，诊断结果精确且全面；可外接入液压系统，使得企业有选择地使用少量的边缘采集器分时段检测多台液压系统，成本低；边缘采集器能够在处理对象端对传感器感知的电信号进行预处理，降低故障诊断分析系统的处理压力提高整个检测过程的处理速度。边缘采集器存储的数据通过状态监测与故障分析系统进行实时显示，多维度综合分析，实时评估系统性能状态，通过一系列算法分析故障原因得出故障诊断结果，对液压系统提供精确的维修保养建议。
11.进一步地，所述状态监测与故障分析系统包括：数据接口，用于连接所述边缘采集器提供数据输入输出；计算单元，与数据接口电连接，用于接收特征参数、分析特征参数，获取系统性能状态和故障诊断结果；存储单元，用于按照数据存储策略对数据进行存储；屏显模块，用于实时显示电信号、特征参数、系统性能状态和故障诊断结果。
12.进一步地，所述数据存储策略包括数据区分为特征数据、故障前期原始数据和故障原始数据；其中，所述特征数据为特征参数异常状态的数据；所述故障数据为系统性能异常和故障诊断结果数据；所述故障前期原始数据为故障发生之前特定时长的电信号数据。
13.进一步地，所述便携式系统集成装置为对开式箱体，所述便携式系统集成装置的两侧面共有三个容纳空间，三个容纳空间分别用于安装状态监测与故障分析系统、容纳液压管道接入部件、可拆卸设置边缘采集器。
14.本发明第三方面提供一种故障分析方法，包括所述的液压系统检测与诊断系统对液压系统进行故障分析的方法，具体步骤如下：
15.s1，将边缘采集器接入液压系统；接边缘采集器连接状态监测与故障分析系统；
16.s2，多元物理量感知系统将流经介质的物理量转换电信号；
17.s3，数据边缘采集系统对电信号进行采样、调制；进行提取特征参数并存储，向状态监测与故障分析系统输出特征参数数据；
18.s4，状态监测与故障分析系统输入特征参数数据；并显示特征参数，分析特征参数数据，通过对比存储的故障样本数据，获取系统性能状态和故障诊断结果；
19.所述s2-s4往复循环。
20.通过上述技术方案的设置，现有的液压检测系统通常仅有液压传感器，本技术方案通过设置单独的边缘采集器，边缘采集器集成了多种传感器，整体集成度高、体积小、感
知维度广泛，诊断结果精确且全面；可外接入液压系统，使得企业有选择地使用少量的边缘采集器分时段检测多台液压系统，成本低；边缘采集器能够在处理对象端对传感器感知的电信号进行预处理，降低故障诊断分析系统的处理压力提高整个检测过程的处理速度。边缘采集器存储的数据通过状态监测与故障分析系统进行实时显示，多维度综合分析，实时评估系统性能状态，通过一系列算法分析故障原因得出故障诊断结果，对液压系统提供精确的维修保养建议。
21.进一步地，若液压系统诊断出故障，则状态监测与故障分析系统请求边缘采集器输出数据，按照数据存储策略存储数据；状态监测与故障分析系统对故障前期原始数据进行特征参数提取，迭代分析特征参数，获取在特征参数变化的故障前样本，存储并更新样本数据。
22.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
23.图1为边缘采集器内部结构图；
24.图2为边缘采集器的外部结构图；
25.图3为本发明基于边缘计算的液压系统检测与诊断系统结构示意图；
26.图4为图3的立体图。
27.附图标记说明
28.边缘采集器1；液压管道接入部件2；状态监测与故障分析系统3；便携式系统集成装置4；集成座101；多元物理量感知系统102；慢变信号采集模块103；快变信号采集模块104；边缘计算分析模块106；电源模块107；感知系统壳体108；采集分析系统壳体109。
具体实施方式
29.以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
30.在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指在装配使用状态下的方位。“内、外”是指相对于各部件本身轮廓的内、外。
31.本发明所要求保护的基于边缘计算的液压系统状态检测与故障诊断系统包括边缘采集器、液压系统检测与诊断系统和故障分析方法。
32.其中，本发明第一方面提供一种边缘采集器，如图1-图2所示，包括集成座101、所述多元物理量感知系统102、数据边缘采集分析系统，所述集成座101内设置有供液压系统介质流经的管道，所述集成座101上设置有多个传感器接口，所述多元物理量感知系统102安装在传感器接口上，所述多元物理量感知系统102至少包括以下任意两种的传感器：压力传感器、流量传感器、温度传感器、振动传感器、水分分析传感器、颗粒度传感器；所述数据边缘采集分析系统设置在集成座101上，与多元物理量感知系统102电连接，用于对多元物理量感知系统102所感知的电信号进行采样、调制、存储、提取特征参数，向外部传输特征参数。优选地，所述多元物理量感知系统102包括压力传感器、流量传感器、温度传感器、振动传感器、水分分析传感器、颗粒度传感器。
33.通过上述技术方案的设置，现有的液压检测系统通常仅有液压传感器，本技术方
案通过设置单独的边缘采集器，边缘采集器集成了多种传感器，整体集成度高、体积小、感知维度广泛，诊断结果精确且全面；可外接入液压系统，使得企业有选择地使用少量的边缘采集器分时段检测多台液压系统，成本低；边缘采集器能够在处理对象端对传感器感知的电信号进行预处理，降低故障诊断分析系统的处理压力提高整个检测过程的处理速度。
34.进一步地，所述多元物理量感知系统102包括：快变信号采集模块104，用于对所述电信号中的快变信号进行调制和采样；慢变信号采集模块103，用于对所述电信号中的慢变信号进行调制和采样；边缘计算分析模块106，包括至少一种向外传输数据的数据接口，所述边缘计算分析模块106与快变信号采集模块104、慢变信号采集模块103电连接，所述边缘计算分析模块106用于对所述电信号进行存储、提取特征参数向外部传输特征参数；电源模块107，用于为快变信号采集模块104、慢变信号采集模块103和边缘计算分析模块106提供电源。其中，所述快变信号包括振动电信号以及压力电信号，所述慢变信号包括流量电信号、温度电信号、水分电信号以及颗粒度电信号。
35.需要说明的是，所述边缘计算分析模块106主要包括cpu、内存单元、存储单元，所述边缘计算分析模块106相当于一个微型的电脑，在处理对象端对传感器感知的电信号进行处理，也就是提取特征参数。例如，在拉动液压系统拉杆时，液压泵工作，液压油从管道内流过，众多传感器会对液压油的多个维度进行不断感知。其中，以流量传感器为例，流量传感器会感知液压流量的变化，详细的参数包括变化时间、变化速度、变化幅度，从而形成流量变化曲线，可以看到流量从一个值阶跃到另一个值，增幅的瞬间可以分析增幅的速度，产生了怎样的增幅和波动。将这些特征参数从曲线图中提取出来，并将竖直输出到外部。另外，所述边缘计算分析模块106具有在存储空间用尽时往前覆盖的功能。
36.为了保护边缘采集器1的内部零件，所述边缘采集器1还包括用于包覆多元物理量感知系统102的感知系统壳体108、用于包覆数据边缘采集分析系统的采集分析系统壳体109。
37.本发明第二方面提供一种液压系统检测与诊断系统，如图3-图4所示，包括：所述边缘采集器；液压管道接入部件2，用于并联边缘采集器1和液压系统；状态监测与故障分析系统3，与边缘采集器1电连接，用于接收并显示特征参数、分析特征参数，通过对比存储的故障样本数据，获取系统性能状态和故障诊断结果；便携式系统集成装置4，用于承载所述液压管道接入部件2、边缘采集器1、状态监测与故障分析系统3。
38.通过上述技术方案的设置，现有的液压检测系统通常仅有液压传感器，本技术方案通过设置单独的边缘采集器，边缘采集器集成了多种传感器，整体集成度高、体积小、感知维度广泛，诊断结果精确且全面；可外接入液压系统，使得企业有选择地使用少量的边缘采集器分时段检测多台液压系统，成本低；边缘采集器能够在处理对象端对传感器感知的电信号进行预处理，降低故障诊断分析系统的处理压力提高整个检测过程的处理速度。边缘采集器存储的数据通过状态监测与故障分析系统进行实时显示，多维度综合分析，实时评估系统性能状态，通过一系列算法分析故障原因得出故障诊断结果，对液压系统提供精确的维修保养建议。
39.其中，所述液压管道接入部件2包括包含不同型号的液压管道和转接头，可将液压系统的管道接入边缘采集器的液压介质接口，并起到防泄漏和保压的功能。
40.具体地，为了检测、诊断、分析故障和性能状态，显示、存储数据，所述状态监测与
故障分析系统3包括：数据接口，用于连接所述边缘采集器1提供数据输入输出；计算单元，与数据接口电连接，用于接收特征参数、分析特征参数，获取系统性能状态和故障诊断结果；存储单元，用于按照数据存储策略对数据进行存储；屏显模块，用于实时显示电信号、特征参数、系统性能状态和故障诊断结果。
41.技术方案中所出现的数据接口可以为有线连接的数据接口，通过数据线进行连接，也可为无线接口，通过wifi或者蓝牙或者其他通信协议进行无线连接。
42.总得来说，计算单元通过内置样本对比程序对接入数据提供存储策略和数据展示策略，并对接入数据进行深入分析，提取多物理量、多构型的特征参数、故障对比判断、性能状态评估，优化存储策略和数据展示策略。
43.其中，所述数据存储策略包括数据区分为特征数据、故障前期原始数据和故障原始数据；其中，所述特征数据为特征参数异常状态的数据；所述故障数据为系统性能异常和故障诊断结果数据；所述故障前期原始数据为故障发生之前特定时长的电信号数据。
44.其中，数据展示策略包括优先显示系统性能异常和故障诊断结果数据，常态化展示各种电信号的变化曲线。
45.为了方便携带本装置，所述便携式系统集成装置4为对开式箱体，所述便携式系统集成装置4的两侧面共有三个容纳空间，三个容纳空间分别用于安装状态监测与故障分析系统3、容纳液压管道接入部件2、可拆卸设置边缘采集器1。
46.本发明第三方面提供一种故障分析方法，包括所述的液压系统检测与诊断系统对液压系统进行故障分析的方法，具体步骤如下：
47.s1，将边缘采集器1接入液压系统；接边缘采集器1连接状态监测与故障分析系统3；
48.s2，多元物理量感知系统102将流经介质的物理量转换电信号；
49.s3，数据边缘采集系统对电信号进行采样、调制；进行提取特征参数并存储，向状态监测与故障分析系统3输出特征参数数据；
50.s4，状态监测与故障分析系统3输入特征参数数据；并显示特征参数，分析特征参数数据，通过对比存储的故障样本数据，获取系统性能状态和故障诊断结果；
51.所述s2-s4往复循环。
52.通过上述技术方案的设置，现有的液压检测系统通常仅有液压传感器，本技术方案通过设置单独的边缘采集器，边缘采集器集成了多种传感器，整体集成度高、体积小、感知维度广泛，诊断结果精确且全面；可外接入液压系统，使得企业有选择地使用少量的边缘采集器分时段检测多台液压系统，成本低；边缘采集器能够在处理对象端对传感器感知的电信号进行预处理，降低故障诊断分析系统的处理压力提高整个检测过程的处理速度。边缘采集器存储的数据通过状态监测与故障分析系统进行实时显示，多维度综合分析，实时评估系统性能状态，通过一系列算法分析故障原因得出故障诊断结果，对液压系统提供精确的维修保养建议。
53.进一步地，若液压系统诊断出故障，则状态监测与故障分析系统3请求边缘采集器1输出数据，按照数据存储策略接收并存储数据；状态监测与故障分析系统3对故障前期原始数据进行特征参数提取，迭代分析特征参数，获取在特征参数变化的故障前样本，存储并更新样本数据。优选地，在状态监测与故障分析系统3存储数据前，提出数据异常警示，提示
监测人员进一步核实数据的准确性和有效性。通过上述技术方案的设置，能够保障特征数据、故障前期原始数据和故障原始数据得到完整保存；此方法是一个通过算法迭代的过程，逐步提高边缘采集器1与状态监测与故障分析系统3的协同性，以此提高状态监测与故障分析系统的准确性和有效性；在经过不断迭代之后，通过故障前期原始数据就能够对故障进行预诊断，能够在故障出现之前诊断出故障，状态监测与故障分析系统3更加智能化。
54.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
55.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
56.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。