一种仪表漂移的分析系统及方法与流程

本发明涉及仪表性能分析技术领域，具体涉及一种仪表漂移的分析系统及方法。

背景技术：

在核电厂实际运行中，使用了大量的仪表来对核电厂的各项运行参数进行测量，仪表所测得的值随使用时间的增加而逐渐偏离原值的现象称为仪表漂移。仪表漂移可能会使仪表的精度超出可接受范围从而无法准确的测量所需参数值，因此需要定期对仪表进行校验，确保仪表的精度在可以接受范围之内。

为了提高核电厂利用率，减少大修成本，需要对燃料循环进行延长，相关的仪表定期校验间隔也会随之延长。为了确保校验间隔延长之后仪表的漂移程度仍然在可接受的精度范围之内，需要确认校验间隔延长之后的仪表漂移量的变化趋势，以便于判断是否可以延长校验周期。

仪表漂移具有随机性，受到众多因素的影响，比如仪表的制造材料、机械结构、电路构造、使用环境等，并且每个仪表还有个体差异。目前，还没有能够准确分析出仪表在校验间隔延长之后的漂移程度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术中的上述的问题，提供一种仪表漂移的分析系统及方法，通过所述方法或所述系统来预测仪表在校验周期延长后的漂移量，为仪表校验间隔延长提供依据，从而确保核电厂的安全运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种仪表漂移的分析系统，所述系统包括数据采集模块、数据预处理模块、正态分布验证模块、时间相关性分析模块和漂移量预估模块；

所述数据采集模块用于采集多个仪表的以往的校验数据，并将多个所述仪表成多个单元组，功能相关的所述仪表归集为同一个所述单元组；

所述数据预处理模块用于根据同属于一个单元组的仪表的基本数据计算出所述单元组的仪表的计算漂移值；

所述正态分布验证模块用于验证同属于一个单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布；

所述时间相关性分析模块用于当所述正态分布验证模块验证同属于一个单元组的仪表的校验数据服从正态分布后，对所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性进行分析；

所述漂移量预估模块用于根据所述时间相关性分析模块分析得出的所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性结果，计算出校验周期延长后的仪表漂移。

本发明提供的仪表漂移的分析系统中，所述系统还包括异常数据分析模块，所述异常数据分析模块用于采用t测试来找出收集到的校验数据中的异常数据，并对所述异常数据进行剔除或纠正。

本发明提供的仪表漂移的分析系统中，所述正态分布验证模块包括第一验证子模块，所述第一验证子模块用于在同属于一个所述单元组的仪表的校验数据的数量小于50的情况下，采用w验证方法来验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布。

本发明提供的仪表漂移的分析系统中，所述正态分布验证模块包括第二验证子模块，所述第二验证子模块用于在同属于一个所述单元组的仪表的校验数据的数量大于等于50的情况下，采用d-prime验证方法来验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布。

本发明提供的仪表漂移的分析系统中，所述正态分布验证模块包括覆盖分析子模块，所述覆盖分析子模块用于当所述第一验证子模块和所述第二验证子模块均不能验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是属于正态分布时，将同属于一个所述单元组的仪表的校验数据保守处理为正态分布。

相应的，本发明还提供了一种仪表漂移的分析方法，所述方法包括如下步骤：

步骤s1，数据采集模块采集多个仪表的以往的校验数据，并将多个所述仪表成多个单元组，功能相关的所述仪表归集为同一个所述单元组；

步骤s2，数据预处理模块根据同属于一个单元组的仪表的基本数据计算出所述单元组的仪表的计算漂移值；

步骤s3，正态分布验证模块验证同属于一个单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布；

步骤s4，时间相关性分析模块在所述正态分布验证模块验证同属于一个单元组的仪表的校验数据服从正态分布后，对所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性进行分析；

步骤s5，漂移量预估模块根据所述时间相关性分析模块分析得出的所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性结果，计算出校验周期延长后的仪表漂移。

本发明提供的仪表漂移的分析方法中，所述方法还包括如下步骤sa：异常数据分析模块采用t测试来找出收集到的校验数据中的异常数据，并对所述异常数据进行剔除或纠正；所述步骤sa在所述步骤s3之前实施。

本发明提供的仪表漂移的分析方法中，所述正态分布验证模块包括第一验证子模块，所述步骤s3包括步骤s31：

所述第一验证子模块在同属于一个所述单元组的仪表的校验数据的数量小于50的情况下，采用w验证方法来验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布。

本发明提供的仪表漂移的分析方法中，所述正态分布验证模块包括第二验证子模块，所述步骤s3包括步骤s32：

所述第二验证子模块在同属于一个所述单元组的仪表的校验数据的数量大于等于50的情况下，采用d-prime验证方法来验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布。

本发明提供的仪表漂移的分析方法中，所述正态分布验证模块包括覆盖分析子模块，所述步骤s3包括步骤s33：

所述覆盖分析子模块在所述第一验证子模块和所述第二验证子模块均不能验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是属于正态分布的情况下，将同属于一个所述单元组的仪表的校验数据保守处理为正态分布。

实施本发明提供的仪表漂移的分析系统，可以达到以下有益效果：所述系统包括数据采集模块、数据预处理模块、正态分布验证模块、时间相关性分析模块和漂移量预估模块；所述数据采集模块用于采集多个仪表的以往的校验数据，并将多个所述仪表成多个单元组，功能相关的所述仪表归集为同一个所述单元组；所述数据预处理模块用于根据同属于一个单元组的仪表的基本数据计算出所述单元组的仪表的计算漂移值；所述正态分布验证模块用于验证同属于一个单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布；所述时间相关性分析模块用于当所述正态分布验证模块验证同属于一个单元组的仪表的校验数据服从正态分布后，对所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性进行分析；所述漂移量预估模块用于根据所述时间相关性分析模块分析得出的所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性结果，计算出校验周期延长后的仪表漂移。如此，所述系统通过分析仪表的以往的校验数据来预测仪表校验周期延长后的漂移量，为仪表校验间隔延长提供依据，从而确保核电厂的安全运行。

同样的，实施本发明提供的仪表漂移的分析方法也可以达到以上有益效果。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的仪表漂移的分析系统的方框图；

图2为本发明实施例二提供的仪表漂移的分析方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种仪表漂移的分析系统，所述系统包括数据采集模块、数据预处理模块、正态分布验证模块、时间相关性分析模块和漂移量预估模块；所述数据采集模块用于采集多个仪表的以往的校验数据，并将多个所述仪表成多个单元组，功能相关的所述仪表归集为同一个所述单元组；所述数据预处理模块用于根据同属于一个单元组的仪表的基本数据计算出所述单元组的仪表的计算漂移值；所述正态分布验证模块用于验证同属于一个单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布；所述时间相关性分析模块用于当所述正态分布验证模块验证同属于一个单元组的仪表的校验数据服从正态分布后，对所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性进行分析；所述漂移量预估模块用于根据所述时间相关性分析模块分析得出的所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性结果，计算出校验周期延长后的仪表漂移。优选的，所述系统还包括异常数据分析模块，所述异常数据分析模块用于采用t测试来找出收集到的校验数据中的异常数据，并对所述异常数据进行剔除或纠正。所述数据采集模块、数据预处理模块、正态分布验证模块、时间相关性分析模块、漂移量预估模块和异常数据分析模块均可以采用微处理器或是单片机。

为了更好的说明所述系统，下面对所述系统的工作原理进行详细说明。

分析仪表漂移需要大量的数据作为支撑，因此所述系统通过所述数据采集模块需要收集仪表的历史校验数据。目前国内在运核电厂众多，核电厂运行过程中所执行的仪表校验都有详细的历史记录，为了确保数据量满足数理统计的要求，需要收集到足够的校验数据。由于制造差异以及使用环境差异等一系列的因素，每个仪表都有独特的漂移特性，因此所述数据采集模块可以根据仪表的厂家及型号、测量类型、使用环境、操作量程、校验点、校验方法等因素将多个仪表分成多个单元组。分组的目的是尽可能的将功能相关的仪表合并到同一个单元组，用同属于一个单元组的仪表的历史校验数据来分析这一单元组的仪表的漂移特性。

考虑到不同仪表的量程存在差异，所述系统通过所述数据预处理模块采用当前次校验的值与前一次校验的值的差值与仪表的量程的比值来表示当前次校验与前一次校验间隔中仪表的漂移量，公式表示如下：

上式中，

dn为第n次校验与第n-1次校验间隔中仪表的漂移量；

dn为第n次校验的值；

d'n-1为第n-1次校验仪表调整后的值；

l为仪表的量程。

由于单个仪表的漂移量不具有代表性，因此所述数据预处理模块在计算了单个仪表的漂移量后，还将继续统计同属于一个单元组的仪表的各项基本数据，所述基本数据包括平均值、标准差、数据点数量等。根据所述基本数据可以计算出该单元组的仪表的计算漂移值，计算公式如下：

ad＝adbias±adrandom

上式中，

ad为计算漂移值；

adbias为计算漂移值的偏差漂移部分，等于漂移量的平均值μ，即adbias＝μ；

adrandom为随机漂移部分，等于漂移量的标准差σ乘容许因子k，即adrandom＝σ×k，k根据n的值在表4(见后文)中95/95％容许因子这一列中查找。

校验数据记录错误、校验错误、校验设备故障、刻度或设定值改变、仪表故障、设计/制造/安装缺陷均有可能造成异常数据的产生。异常数据对分析结果的正确性会产生极大的影响。因此，所述系统在利用收集到的校验数据之前通过所述异常数据分析模块将其中的异常数据进行剔除或纠正。本发明提供的系统中，所述异常数据分析模块采用t测试来分析确定收集到的校验数据中哪些是异常数据，具体包括如下步骤：

根据如下公式计算出校验数据对应的t值，

上式中，x为校验数据的值。

将计算出的t值与对应的临界值进行对比，若计算出的t值超过临界值(t临界值表见表1)，则判断对应的校验数据可能为异常数据。可能为异常的校验数据需要进一步查找校验历史记录来进行确认。如果异常数据是由于某些可以识别的错误造成的，可以将该异常数据剔除或纠正。

表1

数理统计中的正态分布是描述随机量的最常用分布之一，本发明提供的系统的可正常运行的前提是所采集的校验数据是服从正态分布的。本发明提供的系统的所述正态分布验证模块包括第一验证子模块、第二验证子模块和覆盖分析子模块。

所述第一验证子模块用于在同属于一个所述单元组的仪表的校验数据的数量小于50的情况下，采用w验证方法来验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布。

具体的，所述的w验证方法适用于所采集的校验数据的数量小于50的情况，其是通过将计算出的w值与表2中查得的w临界值进行对比来验证所采集的校验数据是否服从正态分布，具体步骤如下：

1)将所采集的校验数据从小到大进行排列；

2)计算s²值，s²＝(n-1)×s²，式中，n为所采集的校验数据的个数，s²为所采集的校验数据的方差；

3)计算b值，b＝∑[an-i+1×(xn-i+1-xi)]，式中，i为从1到m的自然数，如果n为偶数，则m＝n/2，如果n为奇数，m＝(n-1)/2；

4)计算w值，

5)根据所需的重要度(1％或5％)以及所采集的校验数据的个数n在表2中查找对应的w临界值，并将计算出的w值与w临界值比较，如果计算出的w值大于w临界值，则认为所采集的校验数据服从正态分布。

表2

所述第二验证子模块用于在同属于一个所述单元组的仪表的校验数据的数量大于等于50的情况下，采用d-prime验证方法来验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布。

具体的，所述的d-prime验证方法则适用于所采集的校验数据的数量大于等于50的情况，其是通过将计算出的d值与表3中查得的d临界值进行对比来验证所采集的校验数据是否服从正态分布，具体步骤如下：

1)将所采集的校验数据从小到大进行排列；

2)计算s²值，s²＝(n-1)×s²，式中，n为所采集的校验数据的个数，s²为所采集的校验数据的方差；

3)计算t值，其中，式中，i为从1到n的自然数；

4)计算d值，

5)根据所采集的校验数据的个数n在表3中查找可接受区间(根据n进行插值)，将计算出的d值与可接受区间进行对比，如果d值在可接受区间内，则认为所采集的校验数据属于正态分布。表3给出了重要度为5％的可接受区间。

表3

所述覆盖分析子模块用于当所述第一验证子模块和所述第二验证子模块均不能验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是属于正态分布时，将同属于一个所述单元组的仪表的校验数据保守处理为正态分布。

具体的，所述覆盖分析子模块采用的方法包括的步骤如下：

1)计算所采集的校验数据的平均值μ和标准差σ；

2)根据表4查找相应的容许因子tf；

3)计算af值，使得所采集的校验数据中有(n-1)/n或97.5％(两者取小值)的数据在μ±(tf×σ×af)的范围之内；

4)使用平均值μ和标准差σ×af的正态分布来保守的覆盖所采集的校验数据。

表4

所述时间相关性分析模块在确认所采集的校验数据服从正态分布后，分析该单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性。

首先，所述时间相关性分析模块进行随机漂移的时间相关性分析及相关性强弱分析。

所述时间相关性分析模块采用分段分析的方法来判断随机漂移的时间相关性。将所采集的校验数据按照校验间隔进行分组，如0-1c、1-2c、2-3c等，每组数据的个数应当尽可能的多，使得分析结果更具有统计学意义，分别求出每组数据的标准偏差，计算其中最大标准差与最小标准差比值的平方fcalc：

式中，sdmax为最大标准差，sdmin为最小标准差；

在表5中根据ν1和ν2以及对应的置信度q为0.95查得对应的临界值fcritical，并将fcritical与fcalc进行比较，如果fcalc>fcritical，则认为时间相关性是存在的。其中，ν1为最大标准差对应分组的样本数-1，ν2为最小标准差对应分组的样本数-1。

表5

如果自由度未在表中列出但需要确定临界值时，可以从插值获得该值，或者可以使用ν1、ν2的下一个较大的值。

所述时间相关性分析模块分析随机漂移具有时间相关性之后继续分析随机漂移时间相关性的强弱。

具体的，所述时间相关性分析模块将所采集的校验数据按照校验间隔进行分组(如0-1c，1-2c，2-3c等)，对每组校验数据分别计算其平均校验间隔(代数平均)、其标准差与单周期数据标准差之比、以及其平均校验间隔与单周期平均校验间隔之比的平方根，并进行比较。根据比较结果判断时间相关性的强弱，若多周期平均校验间隔与单周期平均校验间隔之比的平方根小于其多周期与单周期标准差之比，则认为随机漂移具有强时间相关性，否则认为随机漂移具有中等时间相关性。

然后，根据所述时间相关性分析模块进行偏差漂移的时间相关性分析及相关性强弱分析。

具体的，基于所采集的校验数据的数量n以及标准差，根据表6查出对应的非偏差均值最大值，如果偏差漂移大于非偏差均值最大值，则保守认为具有强时间相关性，否则认为偏差漂移没有时间相关性，在计算周期延长后漂移量时可以忽略偏差漂移部分。

表6

具体的，校验周期延长后的仪表漂移量的计算。

同属一个单元组的仪表的漂移量由偏差漂移部分和随机漂移部分组成，也即，校验周期延长后的仪表漂移ade＝±ade，bias±adrandom，其中，ade，bias为校验周期延长后的偏差漂移，adrandom为校验周期延长后的随机漂移。

在校验周期延长后，偏差漂移部分和随机漂移部分的计算解释如下。

偏差漂移部分：

若偏差漂移判断为强时间相关性，则校验周期延长后的偏差漂移其中，adbias为校验周期延长前的偏差漂移，tie为校验周期延长后的校验间隔，tio为校验周期延长前的平均校验间隔；

若偏差漂移判断为无时间相关性，则校验周期延长后的偏差漂移ade，bias＝0。

随机漂移部分：

若随机漂移判断为强时间相关性，则校验周期延长后的随机漂移其中，tie为校验周期延长后的校验间隔，tio为校验周期延长前的平均校验间隔，adrandom为校验周期延长前的随机漂移；

adrandom＝σ×k×naf，其中，σ为校验周期延长前的标准差，k为容许因子，k可根据n的值在表4中95/95％容许因子这一列中查找，naf为进行了覆盖分析所确定的调整因子。

若随机漂移判断为中等时间相关性，则校验周期延长后的随机漂移

实施例二

本发明提供的仪表漂移的分析方法，用于对校验间隔延长后的仪表的漂移量进行定量分析，以此为仪表校验间隔延长提供依据，从而确保核电厂的安全运行。所述方法包括如下步骤：

步骤s1，数据采集模块采集多个仪表的以往的校验数据，并将多个所述仪表成多个单元组，功能相关的所述仪表归集为同一个所述单元组；

步骤s2，数据预处理模块根据同属于一个单元组的仪表的基本数据计算出所述单元组的仪表的计算漂移值；

步骤s3，正态分布验证模块验证同属于一个单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布；

步骤s4，时间相关性分析模块在所述正态分布验证模块验证同属于一个单元组的仪表的校验数据服从正态分布后，对所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性进行分析；

步骤s5，漂移量预估模块根据所述时间相关性分析模块分析得出的所述单元组的仪表的漂移数据与时间的相关性结果，计算出校验周期延长后的仪表漂移。

优选的，所述方法还包括如下步骤sa：异常数据分析模块采用t测试来找出收集到的校验数据中的异常数据，并对所述异常数据进行剔除或纠正；所述步骤sa在所述步骤s3之前实施。

优选的，所述正态分布验证模块包括第一验证子模块，所述步骤s3包括步骤s31：

所述第一验证子模块在同属于一个所述单元组的仪表的校验数据的数量小于50的情况下，采用w验证方法来验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布。

优选的，所述正态分布验证模块包括第二验证子模块，所述步骤s3包括步骤s32：

所述第二验证子模块在同属于一个所述单元组的仪表的校验数据的数量大于等于50的情况下，采用d-prime验证方法来验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是否服从正态分布。

优选的，所述正态分布验证模块包括覆盖分析子模块，所述步骤s3包括步骤s33：

所述覆盖分析子模块在所述第一验证子模块和所述第二验证子模块均不能验证同属于一个所述单元组的仪表的校验数据是属于正态分布的情况下，将同属于一个所述单元组的仪表的校验数据保守处理为正态分布。

本实施例提供的所述仪表漂移的分析方法的具体实施方式可参见实施一中关于仪表漂移的分析系统的工作原理，这里不再赘述。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。