CN104049244A - 基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法，所述方法包含有以下步骤：步骤一：传感器安装；步骤二：信号获取；步骤三：幅度调制判断；步骤四：均方根计算；步骤五：均方根与比对：步骤六：峭度计算；步骤七：峭度比对。本发明一种基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法，能够在不拆机的情况下对雷达测速机的碳刷磨损状况进行实时监测且监测准确。

Description

基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法

技术领域

本发明涉及一种碳刷磨损的识别方法，尤其是涉及对安装在舰船上的大型雷达测速机碳刷的磨损进行识别的方法，属于船舶自动化测量与控制技术领域。

背景技术

雷达测速机是雷达控制系统重要构成部分，其主要功能是提供雷达电机转速值的反馈，从而对整个控制系统形成闭环，使雷达能够稳定自跟踪目标；测速机是通过碳刷与换向器连接，并通过碳刷把转速信号传送到测速机接线柱，其输出电压反应了电机的转速值；碳刷一般是金属石墨制成，主要原材料是电解铜粉和石墨，这种碳刷既有石墨的润滑特性又有金属的高导电性；电机的长期运行会导致碳刷磨损，电阻值变化，使输出信号发生畸变；该畸变信号反馈至雷达自动控制系统，会导致雷达振荡，严重时可烧毁电机；

常规的雷达测速机碳刷磨损状况主要是靠人工拆卸测速机，定期检查其中的碳刷来确认，缺乏在线检测技术，效率很低，且在测速机工作中当碳刷有磨损的时候无法与远程监控计算机联网来实现实时预警；为此，有中国专利03112700.2公开了“电动机的碳刷磨损感测装置”、201120386634.7公开了“碳刷磨损检测装置及碳刷磨损报警系统”，其均可对碳刷的磨损程度进行探测，但是其安装复杂，并且测试方法不够合理，仅通过对电流电压的比对来对磨损程度进行判别，容易产生误差，影响监测效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种能够在不拆机的情况下对雷达测速机的碳刷磨损状况进行实时监测且监测准确的基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法。

本发明的目的是这样实现的： 一种基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法，其特征在于：所述方法包含有以下步骤：

步骤一：将霍尔效应电流传感器套接在连接碳刷输出接线柱的电缆上，将霍尔效应电流传感器的输出端连接至处理平台；

步骤二：通过霍尔效应电流传感器将监测到的信号传输至处理平台；

步骤三：将信号在时域绘制成波形，并判断该波形是否有幅度调制，若有，则进行报警，提示需更换碳刷，否则，顺序执行步骤四；

步骤四：对步骤三中的信号进行均方根计算，得到时域内的均方根图形；

步骤五：将步骤四中获得的均方根与处理平台中预存的均方根门限值进行比对，若超过门限值，则进行报警，提示需要更换碳刷；否则，顺序执行步骤六：

步骤六：对步骤四中处理过的信号进行峭度计算，得到时域内的峭度值图形；

步骤七：将步骤六获得的峭度值与处理平台中预存的峭度门限值进行比对，若超过门限值，则进行报警，提示需要更换碳刷；否则，跳转至步骤二。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过对信号进行均方根和峭度计算，提取特征量来对碳刷磨损进行识别，相比于常规的电压电流信号的单纯比对，可靠性更高；并且通过电流传感器这些非直接接触的方式获取信号，无需对碳刷进行大规模的修改，因此可方便的对常规碳刷改造，使得其能够按照本专利所示进行碳刷磨损的识别。

附图说明

图1为本发明基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法中磨损碳刷输出信号采集波形图。

图2为本发明基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法中磨损碳刷输出信号均方根指标图。

图3为本发明基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法中磨损碳刷输出信号峰峰值指标图。

图4为本发明基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法中磨损碳刷输出信号脉冲值指标图。

图5为本发明基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法中磨损碳刷输出信号峭度值指标图。

图6为本发明基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法中软件算法程序流程图。

具体实施方式

参见图1~6，本发明涉及的一种基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法，所述方法包含有以下步骤：

步骤一：将霍尔效应电流传感器（型号为WBI221LY05-25）套接在连接碳刷输出接线柱的电缆上（电压值与通过电缆的电流成线性关系，由其输出电压值可得到碳刷的电流值），将霍尔效应电流传感器的输出端连接至处理平台（本专利中，该处理平台为NI CompactDAQ系统，采用NI cDAQ-9188以太网控制机箱作为NI CompactDAQ的主控机箱，采用了2块NI 9234动态信号采集卡，插在NI cDAQ-9188以太网控制机箱任意一个插槽中，构成数据采集硬件平台，一共16个通道。所述测速机碳刷输出信号用数据电缆接至数据采集平台16个采集通道之一）；

步骤二：通过霍尔效应电流传感器将监测到的信号传输至处理平台；

步骤三：将信号在时域绘制成波形（如图1所示），并判断该波形是否有幅度调制，若有，则进行报警，提示需更换碳刷，否则，顺序执行步骤四；

步骤四：对步骤三中的信号进行均方根计算，该均方根计算公式为：均方根                                                ，得到时域内的均方根图形（如图2所示），该均方根能够反映信号的总体能量水平，其值随碳刷损伤扩展逐渐增大，但对早期损伤不敏感；峰峰值能够反映信号的强度（如图3所示）；

步骤五：将步骤四中获得的均方根与处理平台中预存的均方根门限值进行比对，若超过门限值，则进行报警，提示需要更换碳刷；否则，顺序执行步骤六：

步骤六：对步骤四中处理过的信号进行峭度计算，峭度值，得到时域内的峭度值图形（如图4所示），其中峭度指标表示信号偏离正态分布的程度，对碳刷早期损伤敏感性较高，但随着磨损加深，值变化不大，稳定性较差；脉冲指标能有效反应碳刷早期损伤，但稳定性一般，脉冲值（如图5所示），峭度指标结合实时测量并计算的碳刷接触面值得跳变情况，可判断碳刷早期磨损情况；碳刷接触面电阻值由实时测量的碳刷输出电压值和由电流传感器获取的电机碳刷电流值，实时计算获取，计算公式为：

步骤七：将步骤六获得的峭度值与处理平台中预存的峭度门限值进行比对，若超过门限值，则进行报警，提示需要更换碳刷；否则，跳转至步骤二。

本发明中碳刷磨损的物理机理为：

磨损将导致碳刷表面不规则，加上碳刷碎屑的积累，导致碳刷的微观表面凹凸不平，接触面电阻值出现跳跃性变化，导致其输出的电信号出现毛刺，与机械振动信号具有相似的特性；

本发明中软件算法采用采用LabVIEW图形化语言设计，流程图如图6所示；程序首先进行各种初始化，主要是配置NI cDAQ-9188以太网控制机箱的各计数器置零、数据采集卡通道打开等初始化设置；采集到的数据进入主控机箱缓存；在机箱内部时钟作用下，程序从缓存中读取数据，进行波形分析，判断当前波形是否有幅度调制，如果有，则直接转预警处理；若没有，则进行均方根计算，计算结果与门限值进行比较，若超均方根门限，则转预警处理；若没有，则转入峭度指标和接触电阻跳变值计算。若峭度和接触电阻跳变值超门限，则转预警处理，若没有超门限，则返回程序入口，继续采集数据；

另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的最优化方案，本领域的技术人员在上述构思的启示下，对本专利内容进行的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于时域特征值分析的雷达测速机碳刷磨损识别方法，其特征在于：所述方法包含有以下步骤：

步骤一：将霍尔效应电流传感器套接在连接碳刷输出接线柱的电缆上，将霍尔效应电流传感器的输出端连接至处理平台；

步骤二：通过霍尔效应电流传感器将监测到的信号传输至处理平台；

步骤三：将信号在时域绘制成波形，并判断该波形是否有幅度调制，若有，则进行报警，提示需更换碳刷，否则，顺序执行步骤四；

步骤四：对步骤三中的信号进行均方根计算，得到时域内的均方根图形；

步骤五：将步骤四中获得的均方根与处理平台中预存的均方根门限值进行比对，若超过门限值，则进行报警，提示需要更换碳刷；否则，顺序执行步骤六：

步骤六：对步骤四中处理过的信号进行峭度计算，得到时域内的峭度值图形；

步骤七：将步骤六获得的峭度值与处理平台中预存的峭度门限值进行比对，若超过门限值，则进行报警，提示需要更换碳刷；否则，跳转至步骤二。