CN107144721A - 用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架 - Google Patents

用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架 Download PDF

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张怀东
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    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof

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Abstract

为了解决现有的监控方案不能对监测实验室设备是否出故障进行实时监控，并难以对故障进行定位的问题，本发明提供了一种用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架，包括：数据采集终端，数据存储模块，处理模块，接口模块，系统管理模块。本发明提供的构架可以根据实验室的电流和电压数据对实验室设备是否正常工作进行监控，并可以对出现故障的设备进行定位，有效提高了对实验室设备的监控水平。

Description

用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架
技术领域
本发明涉及实验室设备监测技术领域，具体涉及一种用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架。
背景技术
传统的实验室管理和监控方案中监测点都是有线接入，过程繁琐、建置和维护成本较高，系统的可扩展性和移动性能较差，而且，现有监控方案主要是针对实验室的各种环境进行监测，如对湿度、温度、光照、是否有人等进行实时监控，实时地掌握实验室的环境状态，了解实验室是否受到良好的控制。
然而，现有的监控方案不能对监测实验室设备是否出故障进行实时监控，并难以对故障进行定位，导致需要使用的时候才发现设备出现故障需要检修，从而延误试验进度。甚至，在故障的情况下使用设备容易导致设备更严重的损坏，造成经济损失。
发明内容
为了解决现有监控方案不能监测实验室设备是否出故障，并无法实时对故障进行定位的问题，本发明提供了一种用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架，包括：数据采集终端，用于采集经过实验室设备的电流和电压信号；数据存储模块，用于存储数据采集终端所采集各实验室设备的电流、电压及其信号特征的历史数据；处理模块，包括按照实验室管理人员请求或系统状态监测对来自数据存储模块中的历史数据进行数据分析以获得故障模式的数据分析单元，根据各实验室设备的运行管理需求定制的测量指标并在实验室设备出现故障时进行出错警报的检测控制单元，以及利用所述故障模式对所述检测控制单元获得的数据进行分析诊断的设备分析诊断单元；接口模块，用于对实验室管理人员的任务请求进行响应，并交至所述处理模块进行分析，按不同的请求类型触发执行相应的数据处理模型；系统管理模块，用于监测数据采集终端、数据存储模块、处理模块和接口模块的工作状态，当其工作状态出现异常时，向实验室管理人员发出警告。
优选的，所述数据分析单元包括用于对所述历史数据进行分析，所述历史数据包括IDDT，所述分析方法包括用小波变换提取信号特征，用支持向量机训练模型并根据训练出的模型对故障进行诊断。
优选的，所述用支持向量机训练模型并根据训练出的模型对故障进行诊断，包括：所用支持向量机的核函数为一种径向基核函数，其表达式为：
其中，k(x,y)为核函数，‖x-y‖为x-y的1范数，y为核函数中心，c为预置的参数。
优选的，所述检测控制单元包括根据各所述实验室设备的运行管理需求定制相应的测量指标的指标制定子单元，对所采集各实验室设备的实时数据进行监测并在数据特征超过警报阈值时进行出错警报的监测警报子单元，以及对所采集各实验室设备的实时数据进行数据筛选的数据筛选子单元，所述测量指标包括测量时间范围、故障类型范围、警报阈值和测量频度。
优选的，所述数据筛选子单元用于筛选出未出现故障时的实时数据，并将其标记为正常数据标签后存入数据存储模块。
优选的，所述历史包括其他相同类型实验室的电流、电压及其信号特征的历史数据。
优选的，单个数据采集终端所要采集信号的实验室设备中不包含2个及以上的相同的实验室设备。
优选的，所述系统管理模块，以预置的时间间隔监测数据采集终端、数据存储模块、处理模块和接口模块的工作状态，当其工作状态出现异常时，向实验室管理人员发出警告。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架,包括数据采集终端，数据存储模块，处理模块，接口模块，系统管理模块。能够对监测实验室设备是否出故障进行实时监控，并可以对故障进行定位，且本发明提供的分析构件计算量小，可以实时对电流数据进行监控、分析，且当发现故障时，可以及时通知实验室管理人员，避免设备更严重的损坏，造成经济损失。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的实施方式中提供的用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明的实施方式中提供的用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架的示意图，本实施例提供的用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架，包括：
数据采集终端，用于采集经过实验室设备的电流和电压信号；
数据存储模块，用于存储数据采集终端所采集各实验室设备的电流、电压及其信号特征的历史数据；
处理模块，包括按照实验室管理人员请求或系统状态监测对来自数据存储模块中的历史数据进行数据分析以获得故障模式的数据分析单元，根据各实验室设备的运行管理需求定制的测量指标并在实验室设备出现故障时进行出错警报的检测控制单元，以及利用故障模式对检测控制单元获得的数据进行分析诊断的设备分析诊断单元；
接口模块，用于对实验室管理人员的任务请求进行响应，并交至处理模块进行分析，按不同的请求类型触发执行相应的数据处理模型；
系统管理模块，用于监测数据采集终端、数据存储模块、处理模块和接口模块的工作状态，当其工作状态出现异常时，向实验室管理人员发出警告。
在一个实施例中，数据分析单元包括用于对历史数据进行分析，历史数据包括IDDT，分析方法包括用小波变换提取信号特征，用支持向量机训练模型并根据训练出的模型对故障进行诊断。本实施例中采用IDDT的数据比IDDQ的数据包含更丰富的电路信息；本实施例中的小波分析具有多分辨率分析的特点，更适合探测正常信号中夹带的瞬态反常信号，并能对其进行有效的特征提取；本实施例中的支持向量机比神经网络能够更好的克服实验室的电流、电压数据相对较少的小样本问题和过拟合的问题，使用效果更好。
在一个实施例中，用支持向量机训练模型并根据训练出的模型对故障进行诊断，包括：所用支持向量机的核函数为一种径向基核函数，其表达式为：
其中，k(x,y)为核函数，‖x-y‖为x-y的1范数，y为核函数中心，c为预置的参数。通过该实施方式，支持向量机的训练和诊断都比使用常规的高斯核函数要快，而比使用普通的二次有理核函数对参数的依赖性更低，可以使支持向量机训练模型并根据训练出的模型对故障进行诊断的速度更快和更稳定，更容易进行实时监测。
在一个实施例中，检测控制单元包括根据各实验室设备的运行管理需求定制相应的测量指标的指标制定子单元，对所采集各实验室设备的实时数据进行监测并在数据特征超过警报阈值时进行出错警报的监测警报子单元，以及对所采集各实验室设备的实时数据进行数据筛选的数据筛选子单元，测量指标包括测量时间范围、故障类型范围、警报阈值和测量频度。通过这种实时方式，可以在电流和电压数据较少时，通过人工指定的方式来实现初步的监测功能，能一定程度避免实验室运行初期由于数据不足造成的监测空白。
在一个实施例中，数据筛选子单元用于筛选出未出现故障时的实时数据，并将其标记为正常数据标签后存入数据存储模块。通过这种实施方式，可以在实验室运行初期的电流和电压数据的收集阶段收集剔除异常的数据，使数据的准确性更好，从而保证支持向量机的训练的有效性。
在一个实施例中，历史包括其他相同类型实验室的电流、电压及其信号特征的历史数据。通过该实施方式，使多个实验室共享电流、电压及其信号特征的数据，增加了数据量，能够训练出更准确的支持向量机模型，从而能够对故障进行更准确的诊断。
在一个实施例中，单个数据采集终端所要采集信号的实验室设备中不包含2个及以上的相同的实验室设备。通过该实施方式，一个所发现的故障现象有很大的概率只对应一个实验室设备，从而可以通过单个数据采集终端的数据，更容易的判断是哪个具体的实验室设备出现的故障，使故障实验室设备的排查更加快速。
在一个实施例中，系统管理模块，以预置的时间间隔监测数据采集终端、数据存储模块、处理模块和接口模块的工作状态，当其工作状态出现异常时，向实验室管理人员发出警告。预置的时间间隔可以通过人工修改。通过该实施方式，可以在实验室设备运行频繁时，如工作日的白天，进行高频度的监测，保证及时对实验室设备的监测，又可以在实验室设备运行较少时，如夜晚，进行低频度的监测，对实验室管理人员的消息(实验室设备运行正常时也需要定时发送设备状态信息，避免无法及时发现监测系统自身的故障)推送不至于太过频繁，使实验室管理人员厌烦。
本发明提供的用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架，能够对监测实验室设备是否出故障进行实时监控，并可以对故障进行定位，且本发明提供的分析构件计算量小，可以实时对电流数据进行监控、分析，且当发现故障时，可以及时通知实验室管理人员，避免设备更严重的损坏，造成经济损失。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种用于实验室设备的电流和电压的大数据分析构架，其特征在于，包括：
数据采集终端，用于采集经过实验室设备的电流和电压信号；
数据存储模块，用于存储数据采集终端所采集各实验室设备的电流、电压及其信号特征的历史数据；
处理模块，包括按照实验室管理人员请求或系统状态监测对来自数据存储模块中的历史数据进行数据分析以获得故障模式的数据分析单元，根据各实验室设备的运行管理需求定制的测量指标并在实验室设备出现故障时进行出错警报的检测控制单元，以及利用所述故障模式对所述检测控制单元获得的数据进行分析诊断的设备分析诊断单元；
接口模块，用于对实验室管理人员的任务请求进行响应，并交至所述处理模块进行分析，按不同的请求类型触发执行相应的数据处理模型；
系统管理模块，用于监测数据采集终端、数据存储模块、处理模块和接口模块的工作状态，当其工作状态出现异常时，向实验室管理人员发出警告。
2.根据权利要求1所述的大数据分析构架，其特征在于，所述数据分析单元包括用于对所述历史数据进行分析，所述历史数据包括IDDT，所述分析方法包括用小波变换提取信号特征，用支持向量机训练模型并根据训练出的模型对故障进行诊断。
3.根据权利要求2所述的大数据分析构架，其特征在于，所述用支持向量机训练模型并根据训练出的模型对故障进行诊断，包括：所用支持向量机的核函数为一种径向基核函数，其表达式为：
<mrow> <mi>k</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mo>|</mo> <mo>|</mo> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mi>y</mi> <mo>|</mo> <mo>|</mo> </mrow> <mrow> <mo>|</mo> <mo>|</mo> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <mi>y</mi> <mo>|</mo> <mo>|</mo> <mo>+</mo> <mi>c</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，k(x,y)为核函数，‖x-y‖为x-y的1范数，y为核函数中心，c为预置的参数。
4.根据权利要求1所述的大数据分析构架，其特征在于，所述检测控制单元包括根据各所述实验室设备的运行管理需求定制相应的测量指标的指标制定子单元，对所采集各实验室设备的实时数据进行监测并在数据特征超过警报阈值时进行出错警报的监测警报子单元，以及对所采集各实验室设备的实时数据进行数据筛选的数据筛选子单元，所述测量指标包括测量时间范围、故障类型范围、警报阈值和测量频度。
5.根据权利要求4所述的大数据分析构架，其特征在于，所述数据筛选子单元用于筛选出未出现故障时的实时数据，并将其标记为正常数据标签后存入数据存储模块。
6.根据权利要求1所述的大数据分析构架，其特征在于，所述历史包括其他相同类型实验室的电流、电压及其信号特征的历史数据。
7.根据权利要求1所述的大数据分析构架，其特征在于，单个数据采集终端所要采集信号的实验室设备中不包含2个及以上的相同的实验室设备。
8.根据权利要求1所述的大数据分析构架，其特征在于，所述系统管理模块，以预置的时间间隔监测数据采集终端、数据存储模块、处理模块和接口模块的工作状态，当其工作状态出现异常时，向实验室管理人员发出警告。
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