一种设备损伤检测方法及系统
技术领域
本发明涉及工业领域设备结构健康监测技术领域中,尤其涉及一种设备损伤检测方法及系统。
背景技术
技术词解释:
损伤:系统内部发生变化,对系统结构和性能产生不利的变化。
工业设备的老化已经逐渐成为现场生产中一个不可忽略的问题。若忽略或无法检测到这些设备损伤,则可能会导致不可估量的后果,因此实时故障监测已经成为工业领域目前急需解决的课题之一。显然,至今工业上的设备损伤检测方法还没有普及,目前大多数企业仍采用基于时间的维护方法,即每隔一段时间(往往根据人的经验)进行设备检测和维护,但是这种方法容易造成资源的浪费和工时的增加。还有部分企业则不采用故障检测策略,即待故障发生后再临时停线维护,这种方法更会大大增加不必要的工时,增加停线时间和大大提高成本。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种设备损伤检测方法,从而实现工业领域设备损伤状态的实时监测,达到缩短停机时间、降低设备维护的人力资源成本及提高设备运行安全性的效果。
本发明的另一目的是提供一种设备损伤检测系统,从而实现工业领域设备损伤状态的实时监测,达到缩短停机时间、降低设备维护的人力资源成本及提高设备运行安全性的效果。
本发明所采用的技术方案是:一种设备损伤检测方法,该方法的步骤包括有:
获取待测频率响应函数;
计算待测频率响应函数的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数的共振点所对应的幅值之间的幅值差;
计算待测频率响应函数与基准频率响应函数之间的相关系数;
当计算得出的所有幅值差符合递增规则或递减规则,且/或计算得出的相关系数小于预设阈值时,则输出提示信号。
进一步,所述获取待测频率响应函数这一步骤,其具体包括:
采集在电子振动机的振动激励下传感器所输出的时间域响应函数;
利用傅里叶变换方式,将采集到的时间域响应函数转换为频率响应函数;其中,所述经转换后得到的频率响应函数为所需采集的待测频率响应函数。
进一步,所述计算待测频率响应函数的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数的共振点所对应的幅值之间的幅值差这一步骤,其具体为:
计算待测频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值之间的幅值差。
进一步,所述计算待测频率响应函数与基准频率响应函数之间的相关系数这一步骤,其所采用的相关系数计算公式如下所示:
其中,X表示为基准频率响应函数,Y表示为待测频率响应函数,Cov(X,Y)表示为X与Y之间的协方差,σX表示为X的标准差,σY表示为Y的标准差。
进一步,所述传感器包括力传感器和/或加速度传感器。
本发明所采用的另一技术方案是:一种设备损伤检测系统,该系统包括:
获取模块,用于获取待测频率响应函数;
第一计算模块,用于计算待测频率响应函数的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数的共振点所对应的幅值之间的幅值差;
第二计算模块,用于计算待测频率响应函数与基准频率响应函数之间的相关系数;
检测判断模块,用于当计算得出的所有幅值差符合递增规则或递减规则,且/或计算得出的相关系数小于预设阈值时,则输出提示信号。
进一步,所述获取模块包括:
采集子模块,用于采集在电子振动机的振动激励下传感器所输出的时间域响应函数;
变换处理子模块,用于利用傅里叶变换方式,将采集到的时间域响应函数转换为频率响应函数;其中,所述经转换后得到的频率响应函数为所需采集的待测频率响应函数。
进一步,所述第一计算模块具体用于计算待测频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值之间的幅值差。
进一步,所述第二计算模块所采用的相关系数计算公式如下所示:
其中,X表示为基准频率响应函数,Y表示为待测频率响应函数,Cov(X,Y)表示为X与Y之间的协方差,σX表示为X的标准差,σY表示为Y的标准差。
进一步,所述传感器包括力传感器和/或加速度传感器。
本发明的有益效果是:本发明的方法通过监测待测频率响应函数的共振点所对应的幅值与基准频率响应函数的共振点所对应的幅值之间的幅值差,以及待测频率响应函数与基准频率响应函数之间的相关系数,从而实现对设备损伤进行检测,因此通过使用本发明的方法能实现对工业领域设备的状态进行实时损伤监测,最大限度地缩短停机时间,达到降低设备维护的人力资源成本、减轻工作人员的工作量,提高工作处理效率及提高设备运行安全性等效果。
本发明的另一有益效果是:本发明的系统通过第一计算模块和第二计算模块,分别计算出待测频率响应函数的共振点所对应的幅值与基准频率响应函数的共振点所对应的幅值之间的幅值差,以及待测频率响应函数与基准频率响应函数之间的相关系数,从而实现对设备损伤进行检测,因此通过使用本发明的系统,能实现对工业领域设备的状态进行实时损伤监测,最大限度地缩短停机时间,具有降低设备维护的人力资源成本、减轻工作人员的工作量,提高工作处理效率及提高设备运行安全性等优点。
附图说明
图1是本发明一种设备损伤检测方法的步骤流程示意图;
图2是本发明一种设备损伤检测系统的结构框示意图;
图3是本发明一种设备损伤检测方案的一具体实施例步骤流程示意图。
具体实施方式
实施例1、一种设备损伤检测方法
如图1所示,一种设备损伤检测方法,该方法的步骤包括有:
获取待测频率响应函数;
计算待测频率响应函数的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数的共振点所对应的幅值之间的幅值差;
计算待测频率响应函数与基准频率响应函数之间的相关系数;
当计算得出的所有幅值差符合递增规则或递减规则,且/或计算得出的相关系数小于预设阈值时,则输出提示信号。
作为本实施例的优选实施方式,所述获取待测频率响应函数这一步骤,其具体包括:
采集在电子振动机的振动激励下传感器所输出的时间域响应函数;
利用傅里叶变换方式,将采集到的时间域响应函数转换为频率响应函数;其中,所述经转换后得到的频率响应函数为所需采集的待测频率响应函数。
作为本实施例的优选实施方式,所述计算待测频率响应函数的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数的共振点所对应的幅值之间的幅值差这一步骤,其具体为:
计算待测频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值之间的幅值差。
实施例2、一种设备损伤检测系统,该系统包括:
如图2所示,一种设备损伤检测系统,该系统包括:
获取模块201,用于获取待测频率响应函数;
第一计算模块202,用于计算待测频率响应函数的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数的共振点所对应的幅值之间的幅值差;
第二计算模块203,用于计算待测频率响应函数与基准频率响应函数之间的相关系数;
检测判断模块204,用于当计算得出的所有幅值差符合递增规则或递减规则,且/或计算得出的相关系数小于预设阈值时,则输出提示信号。
作为本实施例的优选实施方式,所述获取模块201包括:
采集子模块,用于采集在电子振动机的振动激励下传感器所输出的时间域响应函数;
变换处理子模块,用于利用傅里叶变换方式,将采集到的时间域响应函数转换为频率响应函数;其中,所述经转换后得到的频率响应函数为所需采集的待测频率响应函数。
作为本实施例的优选实施方式,所述第一计算模块202具体用于计算待测频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值之间的幅值差。
另外,对于上述实施例1和实施例2中相关系数,其计算公式如下所示:
其中,X表示为基准频率响应函数,Y表示为待测频率响应函数,Cov(X,Y)表示为X与Y之间的协方差,σX表示为X的标准差,σY表示为Y的标准差。
对于上述实施例1和实施例2中的传感器,其可包括力传感器和/或加速度传感器。
实施例3、一种设备损伤检测方案具体实施例
针对上述设备损伤检测系统,其所适用于的装置包括有电子振动机、传感器、数据采集器及计算机,而针对这一装置,如图3所示,其具体实施流程步骤具体包括有:
S100、初始化操作:确定传感器、电子振动机在设备上应设置的位置后,将传感器和电子振动机安装在相应的位置处,并且搭建传感器、数据采集器(LMS系统)、计算机之间的数据传输链路,以及搭建计算机与电子振动机之间的数据传输链路;
S101、进行自动监测时,计算机控制电子振动机工作,给设备结构产生振动激励,然后,采集在电子振动机的振动激励下传感器所输出的时间域响应函数;
S102、数据采集器利用傅里叶变换方式,将采集到的时间域响应函数转换为频率响应函数,而所述经傅里叶变换方式转换后得到的频率响应函数为所需采集的待测频率响应函数;
S103、对采集到的待测频率响应函数进行数据预处理,具体地,对采集到的待测频率响应函数进行数据清理、过滤、移除噪声和异常值等数据预处理工作;
S104、计算机计算待测频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值,与基准频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点所对应的幅值之间的幅值差,其中,所述基准频率响应函数指的是,设备结构在健康状态下所采集到的频率响应函数,而共振点指的是波峰位置所对应的频率值;例如,待测频率响应函数和基准频率响应函数在100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点有138Hz、156Hz、186Hz以及217Hz,然后待测频率响应函数的138Hz、156Hz、186Hz以及217Hz这4个共振点分别对应的幅值为A1、A2、A3以及A4,而基准频率响应函数的138Hz、156Hz、186Hz以及217Hz这4个共振点分别对应的幅值为B1、B2、B3及B4,因此,计算得出的幅值差包括有:C1=A1-B1、C2=A2-B2、C3=A3-B3及C4=A4-B4;另外,针对100Hz~300Hz这一频率范围内的共振点来进行幅值差计算,并根据其计算结果进行检测判断,能大大提高设备结构损伤检测的准确度;
S105、计算待测频率响应函数与基准频率响应函数之间的相关系数,其中,所述相关系数的计算公式为:
其中,X表示为基准频率响应函数,Y表示为待测频率响应函数,Cov(X,Y)表示为X与Y之间的协方差,σX表示为X的标准差,σY表示为Y的标准差;
S106、当计算得出的所有幅值差符合递增规则或递减规则,即C1、C2、C3及C4这一数列为递增数列或递减数列,且/或计算得出的相关系数小于预设阈值时,此时则表示设备结构存有损伤问题,则输出提示信号,从而提醒工作人员进行进一步的检测及解决问题。
由上述可见,本发明的设备损伤检测方案基于振动测试的形式,利用频率响应函数来实现设备损伤的检测,这样便能实现工业领域设备的状态实时监测,能够大幅度地缩短停机时间,降低维护成本,提高设备运行安全性。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于所述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。