CN110440894A - 一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法、系统和可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多传感节点的机械设备振动信号采集与检测方法、系统及可读存储介质,所述方法包括:获取预设于机械设备不同位置的传感节点采集的指标数据;将每一传感节点的指标数据按照相同的帧格式打包成待发送数据;向处理单元发送数据传输请求,响应于数据处理单元对传输请求的确认消息,将待发送至数据发送至处理单元;所述处理单元将接收的数据与预设的标准信号数据进行时域同步平均,将同步平均后的数据信号作差,得到残差信号数据;对残差信号数据提取特征值,根据所述残差信号是否为白噪声,判断机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据特征在预设的误差范围内是否相同。本发明克服传统采集节点信号单一的缺陷,提高了检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备监测领域,更具体的,涉及一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法、系统和可读存储介质。
背景技术
随着现代工业技术的不断发展,工业规模的不断增大,工业机械应用于各种工业场景成为行业普遍现场,例如在许多流程工业行业中,大机械设备被广泛引用以支持整个工艺流程的正常、高速运转。机械设备一旦发生故障,不仅带来经济损失,更可能危及人身安全,造成严重的危害和影响,因此,保证机械设备健康运转以及设备出现故障后,及时检测和修理都是重要的。
对于机械设备通常对于其振动信号进行时频域的研究,其中对于振动信号的采集是分析检测信号的基础,当前的信号的采集传感节点单一,即信号源单一,其次对于已获取的信号检测,未考虑信号相位影响因素,检测精度不佳。
发明内容
为了解决上述至少一个技术问题,本发明提出了一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法、系统和可读存储介质。
为了解决上述的技术问题,本发明第一方面公开了一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法,包括:
获取预设于机械设备不同位置的若干传感节点采集的机械设备指标数据;
将每一传感节点采集的指标数据按照相同的预设帧格式打包成待发送数据;
向处理单元发送数据传输请求,响应于数据处理单元对传输请求的确认消息,传感节点将待发送数据发送至处理单元;
所述处理单元将接收的机械设备指标数据与预设的标准信号数据进行时域同步平均后作差,得到残差信号数据;
对残差信号数据提取特征值,若所述残差信号为白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据特征在预设的误差范围内相同,若所述残差信号为非白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据的振动特征在预设的误差范围内不同。
本方案中,所述若干传感节点预设有相同的采集周期和采集频率。
本方案中,所述传感节点为带有振动传感器的传感节点,用以采集机械设备的振动信号数据。
本方案中,所述传感节点将待发送数据发送至处理单元具体发送过程为:
传感节点再一个预设的发送周期内将待发送数据拆分为n个数据帧;
传感节点得到处理单元的响应后连续向处理单元发送不少于n/2个数据帧,处理单元返回已接收的数据的帧编号,传感节点继续发送剩余待发送数据帧。
本方案中,所述传感节点接收到确认消息后还将根据确认消息计算链路质量指示,传感节点根据链路质量指示确定首次发送数据帧的数量。
本方案中,所述处理单元将接收的数据通过滤波算法将其分成周期信号和脉冲信号加噪声信号,其中对脉冲信号加噪声信号部分,利用时域同步平均分离噪声信号。
本方案中,所述从残差信号数据中提取特征值的方法为峰度算法,数学表达示为:
其中,k为待计算的特征值,xi为i时刻信号值,为的均值,n为第n 个采样。
本发明第二方面还提供了一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测系统,包括存储器和处理器,所述存储器中包括基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序,所述基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤:
获取预设于机械设备不同位置的若干传感节点采集的机械设备指标数据;
将每一传感节点采集的指标数据按照相同的预设帧格式打包成待发送数据;
向处理单元发送数据传输请求,响应于数据处理单元对传输请求的确认消息,传感节点将待发送数据发送至处理单元;
所述处理单元将接收的机械设备指标数据与预设的标准信号数据进行时域同步平均后作差,得到残差信号数据;
对残差信号数据提取特征值,若所述残差信号为白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据特征在预设的误差范围内相同,若所述残差信号为非白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据的振动特征在预设的误差范围内不同。
本方案中,所述若干传感节点预设有相同的采集周期和采集频率。
本发明第三方面还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中包括的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序,所述一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序被处理器执行时,实现如上述任一项所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法的步骤。
本发明公开的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法、系统和可读存储介质,通过预设的传感节点同步采集机械设备指标数据,克服传统采集节点单一的缺陷,其次通过将采集的信号数据与预设的标准信号数据作差比较,判断设备的机械设备状态变化,提高了检测精度。
附图说明
图1示出了本发明一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法流程图;
图2示出了本发明一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测系统的框图。
具体实施方法
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明的方法适用于那些机械设备,如工程机械设备、车间生产设备,包括但不限于各式齿轮箱、各式滚动轴承、电机、压缩机等,当然,本发明并不限制装置的种类,任何采用本发明的技术方案都将落入本发明保护范围内。
图1示出了本发明一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法流程图。
如图1所示,本发明第一方面公开了一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法,包括:
S102获取预设于机械设备不同位置的若干传感节点采集的机械设备指标数据;
S104将每一传感节点采集的指标数据按照相同的预设帧格式打包成待发送数据;
S106向处理单元发送数据传输请求,响应于数据处理单元对传输请求的确认消息,传感节点将待发送数据发送至处理单元;
S108所述处理单元将接收的机械设备指标数据与预设的标准信号数据进行时域同步平均后作差,得到残差信号数据;
S110对残差信号数据提取特征值,若所述残差信号为白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据特征在预设的误差范围内相同,若所述残差信号为非白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据的振动特征在预设的误差范围内不同。
需要说明的是,所述的传感节点可是有线传感节点也可以是无线传感节点,所述传感节点设置于需要检测的机械设备的关键位置,如设备的传动轴、齿轮箱体表面等,通过传感节点采集机械设备的振动信号数据。
本方案中,所述若干传感节点预设有相同的采集周期和采集频率。需要说明的是,若干的传感节点的工作模式设置一致,即包括采样的周期、采样的频率,从而保证在同一时刻采集多个振源的振动信号。
本方案中,所述传感节点为带有振动传感器的传感节点,用以采集机械设备的振动信号数据。所述传感节点可以是综合节点,既可以包括单一传感器,同时还可以包括处理器用于打包采样的信号数据,使得所有采集的数据为相同的数据格式,方便后续处理单元的处理。
本方案中,所述传感节点将待发送数据发送至处理单元具体发送过程为:
传感节点再一个预设的发送周期内将待发送数据拆分为n个数据帧;
传感节点得到处理单元的响应后连续向处理单元发送不少于n/2个数据帧,处理单元返回已接收的数据的帧编号,传感节点继续发送剩余待发送数据帧。
本方案中,所述传感节点接收到确认消息后还将根据确认消息计算链路质量指示,传感节点根据链路质量指示确定首次发送数据帧的数量。
需要说明的是,通过对确认信息计算链路质量指示,可以保证数据传输的质量,避免不可靠传输的数据丢包。
本方案中,所述处理单元将接收的数据通过滤波算法将其分成周期信号和脉冲信号加噪声信号,其中对脉冲信号加噪声信号部分,利用时域同步平均分离噪声信号。
需要说明的是,本实施例中的滤波算法可以是LMS自适应滤波,也可以是RLS自适应滤波。
本方案中,所述从残差信号数据中提取特征值的方法为峰度算法,数学表达示为:
其中,k为待计算的特征值,xi为i时刻信号值,为的均值,n为第n 个采样。需要说明的是,利用峰度算法计算残差信号数据的特征值,可以更加精确。
图2示出了一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测系统框图。
如图2所示,本发明第二方面还提供了一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测系统,包括存储器21和处理器22,所述存储器中包括基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序,所述基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤:
获取预设于机械设备不同位置的若干传感节点采集的机械设备指标数据;
将每一传感节点采集的指标数据按照相同的预设帧格式打包成待发送数据;
向处理单元发送数据传输请求,响应于数据处理单元对传输请求的确认消息,传感节点将待发送数据发送至处理单元;
所述处理单元将接收的机械设备指标数据与预设的标准信号数据进行时域同步平均后作差,得到残差信号数据;
对残差信号数据提取特征值,若所述残差信号为白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据特征在预设的误差范围内相同,若所述残差信号为非白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据的振动特征在预设的误差范围内不同。
需要说明的是,所述的传感节点可是有线传感节点也可以是无线传感节点,所述传感节点设置于需要检测的机械设备的关键位置,如设备的传动轴、齿轮箱体表面等,通过传感节点采集机械设备的振动信号数据。
本方案中,所述若干传感节点预设有相同的采集周期和采集频率。需要说明的是,若干的传感节点的工作模式设置一致,即包括采样的周期、采样的频率,从而保证在同一时刻采集多个振源的振动信号。
本方案中,所述传感节点为带有振动传感器的传感节点,用以采集机械设备的振动信号数据。所述传感节点可以是综合节点,既可以包括单一传感器,同时还可以包括处理器用于打包采样的信号数据,使得所有采集的数据为相同的数据格式,方便后续处理单元的处理。
本方案中,所述传感节点将待发送数据发送至处理单元具体发送过程为:
传感节点再一个预设的发送周期内将待发送数据拆分为n个数据帧;
传感节点得到处理单元的响应后连续向处理单元发送不少于n/2个数据帧,处理单元返回已接收的数据的帧编号,传感节点继续发送剩余待发送数据帧。
本方案中,所述传感节点接收到确认消息后还将根据确认消息计算链路质量指示,传感节点根据链路质量指示确定首次发送数据帧的数量。
需要说明的是,通过对确认信息计算链路质量指示,可以保证数据传输的质量,避免不可靠传输的数据丢包。
本方案中,所述处理单元将接收的数据通过滤波算法将其分成周期信号和脉冲信号加噪声信号,其中对脉冲信号加噪声信号部分,利用时域同步平均分离噪声信号。
需要说明的是,本实施例中的滤波算法可以是LMS自适应滤波,也可以是RLS自适应滤波。
本方案中,所述从残差信号数据中提取特征值的方法为峰度算法,数学表达示为:
其中,k为待计算的特征值,xi为i时刻信号值,为的均值,n为第n 个采样。需要说明的是,利用峰度算法计算残差信号数据的特征值,可以更加精确。
本发明第三方面还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中包括的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序,所述一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序被处理器执行时,实现如上述任一项所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法的步骤。
本发明公开的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法、系统和可读存储介质,通过预设的传感节点同步采集机械设备的振动信号,克服传统采集节点信号单一的缺陷,其次通过将采集的信号数据与预设的标准信号数据作差比较,判断设备的振动状态变化,提高了检测精度。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的设备和方法,可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,如:多个单元或组件可以结合,或可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另外,所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口,设备或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元;既可以位于一个地方,也可以分布到多个网络单元上;可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中,也可以是各单元分别单独作为一个单元,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中;上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解:实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成,前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,执行包括上述方法实施例的步骤;而前述的存储介质包括:移动存储设备、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者,本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括:移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于多传感节点的机械设备振动信号采集与检测方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
获取预设于机械设备不同位置的若干传感节点采集的机械设备指标数据;
将每一传感节点采集的指标数据按照相同的预设帧格式打包成待发送数据;
向处理单元发送数据传输请求,响应于数据处理单元对传输请求的确认消息,传感节点将待发送数据发送至处理单元;
所述处理单元将接收的机械设备指标数据与预设的标准信号数据进行时域同步平均后作差,得到残差信号数据;
对残差信号数据提取特征值,若所述残差信号为白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据特征在预设的误差范围内相同,若所述残差信号为非白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据的振动特征在预设的误差范围内不同。
2.根据权利要求1所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法,其特征在于,所述若干传感节点预设有相同的采集周期和采集频率。
3.根据权利要求1所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法,其特征在于,所述传感节点为带有振动传感器的传感节点,用以采集机械设备的振动信号数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法,其特征在于,所述传感节点将待发送数据发送至处理单元具体发送过程为:
传感节点再一个预设的发送周期内将待发送数据拆分为n个数据帧;
传感节点得到处理单元的响应后连续向处理单元发送不少于n/2个数据帧,处理单元返回已接收的数据的帧编号,传感节点继续发送剩余待发送数据帧。
5.根据权利要求1所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法,其特征在于,所述传感节点接收到确认消息后还将根据确认消息计算链路质量指示,传感节点根据链路质量指示确定首次发送数据帧的数量。
6.根据权利要求1所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法,其特征在于,所述处理单元将接收的数据通过滤波算法将其分成周期信号和脉冲信号加噪声信号,其中对脉冲信号加噪声信号部分,利用时域同步平均分离噪声信号。
7.根据权利要求1所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法,其特征在于,所述从残差信号数据中提取特征值的方法为峰度算法,数学表达示为:
其中,k为待计算的特征值,xi为i时刻信号值,为的均值,n为第n个采样。
8.一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测系统,其特征在于,包括存储器和处理器,所述存储器中包括基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序,所述基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤:
获取预设于机械设备不同位置的若干传感节点采集的机械设备指标数据;
将每一传感节点采集的指标数据按照相同的预设帧格式打包成待发送数据;
向处理单元发送数据传输请求,响应于数据处理单元对传输请求的确认消息,传感节点将待发送数据发送至处理单元;
所述处理单元将接收的机械设备指标数据与预设的标准信号数据进行时域同步平均后作差,得到残差信号数据;
对残差信号数据提取特征值,若所述残差信号为白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据特征在预设的误差范围内相同,若所述残差信号为非白噪声,则对应的机械设备指标数据特征与预设的标准信号数据的振动特征在预设的误差范围内不同。
9.根据权利要求8所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测系统,其特征在于,所述若干传感节点预设有相同的采集周期和采集频率。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质中包括的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序,所述一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法程序被处理器执行时,实现如权利要求1至7中任一项所述的一种基于多传感节点的机械振动信号采集与检测方法的步骤。
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