CN105486956A - 一种液压系统在线监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液压系统在线监测系统及方法,其方法包括建立待测液压系统模型,选定监测参数,并根据监测参数在待测液压系统模型中布设对应的监测点;将数据采集模块设置在待测液压系统模型中与监测参数对应的监测点处,数据处理模块激发产生光信号并发送至数据采集模块,数据采集模块将经过待测液压系统作用后的光信号发送至数据处理模块;数据处理模块将作用后的光信号转化为与数字信号;根据数字信号读取监测参数值,并将其与参考数据库中对应的预设阈值比较,根据比较结果自动生成监测报告。通过数据采集模块对待测液压系统的检测参数进行在线动态监测,整个监测系统重量比较轻,不容易受到电磁干扰,监测结果准确,自动生成监测报告。
Description
技术领域
本发明涉及在线监测技术领域,尤其涉及一种液压系统在线监测系统及方法。
背景技术
由于液压系统通过封闭管道内的受压介质实现能量的转换和传递,使得液压系统的故障具有隐蔽性、多样性、不确定性和因果关系复杂等特点,液压系统一旦发生故障,就可能造成巨大的人员损失和经济损失。健康状态监测是故障诊断的前提,其中,通过传感器、数据采集和处理设备获得的系统状态信息是实现故障诊断的基础。
现有技术中,液压系统通常采用机电式传感器进行在线监测,这种方式在一定程度上可以实现在线监测,但是,这种方式中,由于机电式传感器体积大,占用较大位置,使得监测系统非常的庞大,并且每个传感器都需要至少布设四根线缆,布线复杂,且布线后整个监测系统质量比较大,加上机电传感器比较容易受到电磁干扰,测量结果精确度不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足,提供一种液压系统在线监测系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
依据本发明的一个方面,提供了一种液压系统在线监测系统,包括数据采集模块、数据处理模块、状态监测模块和健康评估模块;
所述数据处理模块用于激发产生光信号,并将光信号发送至所述数据采集模块,还用于接收经过所述待测液压系统作用后的光信号,并将其转化为数字信号并发送至所述状态监测模块;
所述数据采集模块设置在待测液压系统中,用于接收所述数据处理模块发送的光信号,并将经过所述待测液压系统作用后的光信号发送至所述数据处理模块;
所述状态监测模块用于接收所述数据处理模块发送的数字信号,读取监测参数值并实时显示,同时将监测参数值发送至所述健康评估模块;
所述健康评估模块用于读取服务器中存储的参考数据库,并将所述监测参数值与所述参考数据库中对应的预设阈值比较,并根据比较结果自动生成监测报告。
依据本发明的另一个方面,提供了一种液压系统在线监测方法,包括:
步骤1:建立待测液压系统模型,选定监测参数,并根据所述监测参数在待测液压系统模型中布设对应的监测点;
步骤2:将数据采集模块设置在所述待测液压系统模型中对应的监测点处;
步骤3:所述数据处理模块激发产生光信号并发送至所述数据采集模块;
步骤4:所述数据采集模块接收所述数据处理模块发送的光信号,并将经过待测液压系统作用后的光信号发送至所述数据处理模块;
步骤5:所述数据处理模块接收经过所述待测液压系统作用后的光信号,并将其转化为数字信号;
步骤6:根据所述数字信号读取对应的监测参数值,并将其与参考数据库中对应的预设阈值比较,并根据比较结果自动生成监测报告。
本发明的有益效果是:本发明的一种液压系统在线检测系统及方法,克服了传统方式中通过机电式传感器检测容易受到电磁干扰、布线复杂、线缆繁重的缺陷,通过数据采集模块对待测液压系统的检测参数进行在线动态监测,整个监测系统重量比较轻,稳定性比较好,不容易受到电磁干扰,监测结果准确,并自动生成监测报告,满足了液压系统智能监控和健康诊断的迫切需求,实现液压系统的自主式保障检测,降低使用和保障费用。另外,通过光缆进行光信号传输,传输带宽比较宽,传输效率较高。
附图说明
图1为本发明中待测液压系统结构示意图;
图2为本发明的一种液压系统在线监测系统结构示意图;
图3为本发明的一种液压系统在线监测方法流程示意图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、泵出口,2、泵入口,3、回油口;
101、液压泵,102、作动器,103、油箱,104、阀门。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
本发明中,待测液压系统主要由液压泵101、作动器102、油箱103和阀门104通过管路连接而成,如图1所示,下面以此为模型对其进行构建监测系统,并进行在线监测。
实施例一、一种液压系统在线监测系统,下面将结合图2对本发明的一种液压在线检测系统进行详细描述。
如图2所示,一种液压系统在线监测系统结构示意图,数据采集模块、数据处理模块、状态监测模块和健康评估模块。
其中,所述数据处理模块用于激发产生光信号,并将光信号发送至所述数据采集模块,还用于接收经过所述待测液压系统作用后的光信号,并将其转化为数字信号并发送至所述状态监测模块。本实施例中,所述数据处理模块包括电源单元,所述电源单元用于将外接电源进行降压处理并为所述数据采集模块、数据处理模块、状态监测模块和健康评估模块提供电源。
所述数据采集模块设置在待测液压系统中,用于接收所述数据处理模块发送的光信号,并将经过所述待测液压系统作用后的光信号发送至所述数据处理模块。
所述状态监测模块用于接收所述数据处理模块发送的数字信号,读取监测参数值并实时显示,同时将监测参数值发送至所述健康评估模块。
所述健康评估模块用于读取服务器中存储的参考数据库,并将所述监测参数值与所述参考数据库中对应的预设阈值比较,并根据比较结果自动生成监测报告。
本实施例中,所述监测参数值包括液压压力、液压油温度、液压管路应变、液压泵流量和液压泵的振动加速度,所述数据采集模块对应包括分别与所述数据处理模块连接的光纤压力传感器、光纤应变传感器、光纤流量传感器和光纤振动传感器,分别用于接收所述数据处理模块发送的光信号,并将经过所述待测液压系统作用后的光信号发送至所述数据处理模块。这里,光纤传感器的信号主要是以光的相位、波长、强度为作用载体,通过光缆传输到所述数据处理模块。
具体地,所述光纤压力传感器布置在待测液压系统中液压泵101的泵出口1、泵入口2和油箱103的回油口3处,用于对液压泵出入口处的压力和液压油的油温进行在线监测。其中,液压泵出口1处为光纤高压传感器,数量至少为一个,液压泵入口2和油箱回油口3处为低压传感器,数量至少为一个。
所述光纤应变传感器均布在液压泵101的泵出口1与所述阀门104之间的液压管路上,用于对待测液压系统管路形变进行实时检测。其中,液压管路上监测点的数量设置为6个,每个监测点设置2个光纤应变传感器。
所述光纤流量传感器设置在所述液压泵101的泵出口1和泵入口2处,用于对待测液压系统中的流量进行测量。且泵出口1处为光纤高压流量传感器,泵入口2处为光纤低压流量传感器,每个监测点的数量为一个。
所述光纤震动传感器布设在所述液压泵101的表面,用于对液压泵的振动加速度进行测量。
优选地,所述数据采集模块与所述数据处理模块之间通过光缆进行光信号传输,且所述数据采集模块中所有传感器之间采用空分复用和波分复用相结合的方式进行连接设置。通过空分复用和波分复用相结合的方式,这样可以减少光缆的数量,一方面可以减轻整个监测系统的重量,另一方便可以降低成本。
本实施例中,所述数据处理模块采用光纤信号解调仪。光纤信号解调仪有精密的波长、相位或者强度分辨能力,能确保高精度测量的要求。光纤信号解调仪的分辨率和稳定性是确定光纤信号解调仪的性能的重要指标,相应的解调方式主要有波长解调技术、白光干涉技术和光强探测技术,根据光纤传感器类型,采用不同解调方式,例如光纤光栅传感器采用可调谐光纤法布里-珀罗腔测量反射波长漂移,光纤法布里-珀罗传感器采用白光干涉仪测量反射相位变化等。另外,根据待测液压系统的特性,确定数据采样速率和测量间隔,静态压力、应变和温度的数据采样速率,一般设置为100Hz左右,振动和流量数据采样速率设置为1KHz以上。
优选地,所述状态监测模块包括温度补偿单元,所述温度补偿单元用于对所述状态监测模块读取的监测参数值中的液压压力和液压管路应变进行温度补偿处理。通过所述温度补偿单元,可以对检测参数值进行温度补偿处理,降低温度对监测参数的影响,使得监测结果更加准确。
实施例二、一种液压系统在线监测方法,下面将结合图3对本发明的一种液压在线检测系统进行详细描述。
如图3示,一种液压系统在线监测方法,包括:
步骤1:建立待测液压系统模型,选定监测参数,并根据所述监测参数在待测液压系统模型中布设对应的监测点;
步骤2:将数据采集模块设置在所述待测液压系统模型中对应的监测点处;
步骤3:所述数据处理模块激发产生光信号并发送至所述数据采集模块;
步骤4:所述数据采集模块接收所述数据处理模块发送的光信号,并将经过待测液压系统作用后的光信号发送至所述数据处理模块;
步骤5:所述数据处理模块接收经过所述待测液压系统作用后的光信号,并将其转化为数字信号;
步骤6:根据所述数字信号读取对应的监测参数值,并将其与参考数据库中对应的预设阈值比较,并根据比较结果自动生成监测报告。
本实施例中,所述监测参数包括液压压力、液压油温度、液压管路应变、液压泵流量和液压泵振动加速度。
所述步骤1中,所述监测点的布设方式为:在所述液压泵101的泵出口1、泵入口2和所述油箱103的回油口4分别布设至少一个液压压力监测点;在所述液压泵101与所述阀门104之间的管路上均布有多个这里,我们采用6个应变监测点,在所述液压泵101的泵出口1、泵入口2处分别布设流量传感器,在所述液压泵101表面沿着三个轴向方向分别布设振动监测点。
所述步骤3与步骤4中,所述数据采集模块与所述数据处理模块之间通过光缆进行光信号传输,且所述数据采集模块采用空分复用和波分复用相结合的方式进行设置,并进行在线监测,且所述步骤5中,所述数据处理模块对应采用空分复用和波分复用相结合的解调方式进行解调处理。通过空分复用和波分复用相结合的方式,这样可以减少光缆的数量,一方面可以减轻整个监测系统的重量,另一方便可以降低成本。
优选地,所述步骤6中,读取所述数字信号对应的检测参数值后,还对读取的监测参数值中的液压压力和液压管路应变进行温度补偿处理。
其中,所述液压压力和液压管路应变的温度补偿处理算法具体为:
所述待测液压系统的压力为:
Pr=P+α×(T1-T0)
其中,Pr为真实压力值,以MPa为单位,P为测量的压力值,以MPa为单位,α为温漂系数,以MPa/℃为单位,T1为被测液压温度读数,以℃为单位;T0为初始液压温度读数,以℃为单位;
所述待测液压系统的应变为:
εr=ε+β×(T1-T0)
其中,εr为真实应变值,以με为单位,ε为总的测量的应变量,以με为单位,α为温漂系数,以με/℃为单位,T1为被测液压管路温度读数,以℃为单位;T0为初始液压管路温度读数,以℃为单位。
通过对监测参数值进行温度补偿处理,可以对检测参数值进行温度补偿校正,降低温度对监测参数的影响,使得监测结果更加准确。另外,在对监测参数值进行温度补偿处理,还通过监测参数温度补偿前后的数值可计算出对应监测参数的温漂系数。这里,对于监测参数中待测液压系统中液压管路的流量和液压泵的振动加速度,由于流量和振动属于动态测量,可以不考虑温度补偿的影响。
本实施例中,所述健康报告包括监测点位置、监测时间、对应通道传感器输出的监测参数值、健康状况、温漂系数,且所述监测点位置、监测时间、对应通道传感器输出的监测参数值、健康状况、温漂系数均采用二进制数进行编码格式显示。
本发明的一种液压系统在线检测系统及方法,克服了传统方式中通过机电式传感器检测容易受到电磁干扰、布线复杂、线缆繁重的缺陷,通过数据采集模块对待测液压系统的检测参数进行在线动态监测,整个监测系统重量比较轻,稳定性比较好,不容易受到电磁干扰,监测结果准确,并自动生成监测报告,满足了待测液压系统智能监控和健康诊断的迫切需求,实现待测液压系统的自主式保障检测,降低使用和保障费用。另外,通过光缆进行光信号传输,传输带宽比较宽,传输效率较高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种液压系统在线监测系统,其特征在于,包括数据采集模块、数据处理模块、状态监测模块和健康评估模块;
所述数据处理模块用于激发产生光信号,并将光信号发送至所述数据采集模块,还用于接收经过所述待测液压系统作用后的光信号,并将其转化为数字信号并发送至所述状态监测模块;
所述数据采集模块设置在待测液压系统中,用于接收所述数据处理模块发送的光信号,并将经过所述待测液压系统作用后的光信号发送至所述数据处理模块;
所述状态监测模块用于接收所述数据处理模块发送的数字信号,读取监测参数值并实时显示,同时将监测参数值发送至所述健康评估模块;
所述健康评估模块用于读取服务器中存储的参考数据库,并将所述监测参数值与所述参考数据库中对应的预设阈值比较,并根据比较结果自动生成监测报告。
2.根据权利要求1所述一种液压系统在线监测系统,其特征在于:所述监测参数值包括液压压力、液压油温度、液压管路应变、液压泵流量和液压泵的振动加速度,所述数据采集模块对应包括分别与所述数据处理模块连接的光纤压力传感器、光纤应变传感器、光纤流量传感器和光纤振动传感器,分别用于接收所述数据处理模块发送的光信号,并将经过所述待测液压系统作用后的光信号发送至所述数据处理模块。
3.根据权利要求2所述一种液压系统在线监测系统,其特征在于:所述数据采集模块与所述数据处理模块之间通过光缆进行光信号传输,且所述数据采集模块中所有传感器之间采用空分复用和波分复用相结合的方式进行连接设置。
4.根据权利要求1至3任一项所述一种液压系统在线监测系统,其特征在于:所述状态监测模块包括温度补偿单元,所述温度补偿单元用于对所述状态监测模块读取的监测参数值中的液压压力和液压管路应变进行温度补偿处理。
5.一种液压系统在线监测方法,其特征在于,包括:
步骤1:建立待测液压系统模型,选定监测参数,并根据所述监测参数在待测液压系统模型中布设对应的监测点;
步骤2:将数据采集模块设置在所述待测液压系统模型中对应的监测点处;
步骤3:所述数据处理模块激发产生光信号并发送至所述数据采集模块;
步骤4:所述数据采集模块接收所述数据处理模块发送的光信号,并将经过待测液压系统作用后的光信号发送至所述数据处理模块;
步骤5:所述数据处理模块接收经过所述待测液压系统作用后的光信号,并将其转化为数字信号;
步骤6:根据所述数字信号读取对应的监测参数值,并将其与参考数据库中对应的预设阈值比较,并根据比较结果自动生成监测报告。
6.根据权利要求5所述一种液压系统在线监测方法,其特征在于:所述待测液压系统模型主要由液压泵(101)、作动器(102)、油箱(103)和阀门(104)通过管路连接构成;
所述监测参数包括液压压力、液压油温度、液压管路应变、液压泵流量和液压泵振动加速度;
所述步骤1中,所述监测点的布设方式为:在所述液压泵(101)的泵出口(1)、泵入口(2)和所述油箱(103)的回油口(4)分别布设至少一个液压压力监测点;在所述液压泵(101)与所述阀门(104)之间的管路上均布有多个应变监测点,在所述液压泵(101)的泵出口(1)、泵入口(2)处分别布设流量传感器,在所述液压泵(101)表面沿着三个轴向方向分别布设振动监测点。
7.根据权利要求6所述一种液压系统在线监测方法,其特征在于:所述步骤3与步骤4中,所述数据采集模块与所述数据处理模块之间通过光缆进行光信号传输,且所述数据采集模块采用空分复用和波分复用相结合的方式进行设置,并进行在线监测,且所述步骤5中,所述数据处理模块对应采用空分复用和波分复用相结合的方式进行数据处理。
8.根据权利要求6所述一种液压系统在线监测方法,其特征在于;所述步骤6中,读取所述数字信号对应的检测参数值后,还对读取的监测参数值中的液压压力和液压管路应变进行温度补偿处理。
9.根据权利要求8所述一种液压系统在线监测方法,其特征在于:所述液压压力和液压管路应变的温度补偿处理算法具体为:
所述待测液压系统的压力为:
Pr=P+α×(T1-T0)
其中,Pr为真实压力值,以MPa为单位,P为测量的压力值,以MPa为单位,α为温漂系数,以MPa/℃为单位,T1为被测液压温度读数,以℃为单位;T0为初始液压温度读数,以℃为单位;
所述待测液压系统的应变为:
εr=ε+β×(T1-T0)
其中,εr为真实应变值,以με为单位,ε为总的测量的应变量,以με为单位,α为温漂系数,以με/℃为单位,T1为被测液压管路温度读数,以℃为单位;T0为初始液压管路温度读数,以℃为单位。
10.根据权利要求5-9任一项所述一种液压系统在线监测方法,其特征在于:所述健康报告包括监测点位置、监测时间、对应通道传感器输出的监测参数值、健康状况和温漂系数;且所述监测点位置、监测时间、对应通道传感器输出的监测参数值、健康状况、温漂系数均采用二进制数进行编码格式显示。
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