CN107270956A - 一种基于振动传感器的移动机械设备工作时间计算方法 - Google Patents

一种基于振动传感器的移动机械设备工作时间计算方法 Download PDF

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孙威
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    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
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Abstract

本发明公开了一种基于振动传感器的移动机械设备工作时间计算方法：首先在移动机械设备上固定安装三轴加速度传感器，以采集设备在X、Y、Z三个轴方向上的加速度信息；然后，以m秒为单位时间段的长度，从计时开始起统计每一单位时间段的设备振动情况，截至当前若设备在n个单位时间段内处于振动状态，则该设备的工作时间t＝n×m。与现有技术相比，本发明设备工作时间计算方法采用三轴加速度传感器，安装方便，只要固定在移动设备上，设备开动后有振动就可以计算时间，成本较小。

Description

一种基于振动传感器的移动机械设备工作时间计算方法
技术领域
本发明属于工程机械测量技术领域，具体涉及一种基于振动传感器的移动机械设备工作时间计算方法。
背景技术
移动机械设备是指在道路或者某个区域可以移动的设备，比如工程机械设备、汽车等，这些设备一般使用内燃机作为动力源，这些设备分布广、存量大，对设备工作时间的计算和监控具有重要意义。
目前计算移动设备工作时间的方法主要有以下两种：一种是通过移动设备内燃机转速的大小来判断是否工作，然后计时；一种是通过内燃机驱动的发电机发电脉冲来判断是否工作，然后计时。第一种方法需要转速传感器采集转速信息，第二种方法需要有对脉冲计数的设备，两种方法成本大，安装难度大。
发明内容
为了解决现有计算移动设备工作时间成本大、安装难的缺点，本发明提供了一种基于振动传感器的移动机械设备工作时间计算方法，具体过程为：首先在移动机械设备上固定安装三轴加速度传感器，以采集设备在X、Y、Z三个轴方向上的加速度信息；然后，以m秒为单位时间段的长度，从计时开始起统计每一单位时间段的设备振动情况，截至当前若设备在n个单位时间段内处于振动状态，则该设备的工作时间t＝n×m，n为自然数，m为大于0的自然数。
进一步地，对于任一单位时间段，判断该单位时间段内设备是否处于振动状态的具体过程如下：
(1)从该单位时间段起始，通过采集获取a秒的设备加速度信息，依此判定这a秒内设备是否振动，若振动记为T，否则记为F；
(2)然后等待b秒后再获取a秒的设备加速度信息并根据步骤(1)进行振动判定，依次重复执行直至单位时间段结束，m为a+b的整数倍且a和b均为大于0的自然数；
(3)累计单位时间段内振动标记T的个数，若该个数大于设定阈值，则判定该单位时间段内设备处于振动状态。
进一步地，所述步骤(1)中依据设备加速度信息判定a秒内设备是否振动的具体过程如下：
①以固定采样率采样获取a秒内设备在X、Y、Z三个轴方向上的加速度值，对应得到三个数组X1、Y1和Z1；
②对数组X1、Y1和Z1进行高通滤波处理后，对应得到数组X2、Y2和Z2；
③对数组X2、Y2和Z2进行均方根计算后，对应得到X、Y、Z三个轴方向上的均方根值XRMS、YRMS和ZRMS；
④根据公式计算a秒内设备的振动值s，若s大于设定阈值，则判定这a秒内设备振动并标记为T，否则标记为F。
优选地，所述步骤②中采用截止频率为5Hz的巴斯沃斯滤波器对数组X1、Y1和Z1进行高通滤波处理，以去除重力影响。
与现有技术相比，本发明设备工作时间计算方法采用三轴加速度传感器，安装方便，只要固定在移动设备上，设备开动后有振动就可以计算时间，成本较小。
附图说明
图1为本发明计算方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
本实施方式以手机上的振动传感器对神钢SK250挖机工作时间进行计算为例介绍，具体流程如图1所示。
(1)利用手机振动传感器采集振动信号并经过运算判断当次振动数据是否大于阈值，具体步骤如下：
步骤一：将手机振动传感器固定安装于挖机的发动机舱内，刚性连接，振动传感器为三轴加速度传感器。
步骤二：控制器采集振动传感器的振动数据，采样率p＝1000sample/s，采样时间为1s，采集三个方向上的加速度值，分别得到三个方向上的数组X1、Y1、Z1。
步骤三：对步骤二得到的数组X1、Y1、Z1进行高通滤波处理去除重力影响，滤波器选择巴斯沃斯滤波器，截止频率为5Hz，去除重力影响后得到新的数组X2、Y2、Z2。
步骤四：对步骤三得到的数组X2、Y2、Z2分别进行均方根处理，即数组中的所有元素平方和后除以数组元素个数再开根号，分别得到三个方向上的均方根值XRMS、YRMS、ZRMS。
步骤五：计算步骤四得到的三个均方根值XRMS、YRMS、ZRMS的平方和并开根号得到振动值s。
步骤六：判断步骤五中的振动值s是否大于某个阈值K，比如K＝10，如果s>K，认为此刻振动，标记为T；如果s<K，认为此刻不振动，标记为F。
(2)由上述判断当次振动数据结果来判断一段时间内的振动情况，具体步骤如下：
步骤①：控制器按照上述方法采集1s振动数据并计算判断得到结果是否在振动，如果振动记为T，否则为F。
步骤②：完成步骤①后控制器等待2s。
步骤③：完成步骤②后控制器重复步骤①的过程，并且开始重复循环步骤①和步骤②。
步骤④：控制器计时到30s后停止步骤③的循环，并且统计在这30s内步骤①得到的T的个数d，本实施方式中神钢SK250挖机工作30s后，统计出d＝9。
步骤⑤：步骤④中的d如果大于阈值M，本实施方式设定M＝7，认为这30s都在振动，记为T，否则为F；步骤④中得到的d＝9>M，所以认为这30s都在振动，记为T。
(3)由上述判断一段时间内的振动情况计算移动设备工作时间，具体步骤如下：
步骤一：控制器初始化，开始计时。
步骤二：重复步骤(2)，分别得到每隔30s的振动情况。
步骤三：统计步骤二中的振动为T的个数n，比如得到n＝20。
步骤四：由步骤三中的个数n计算移动设备的工作时间t＝n*30＝600s。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于振动传感器的移动机械设备工作时间计算方法，其特征在于：首先在移动机械设备上固定安装三轴加速度传感器，以采集设备在X、Y、Z三个轴方向上的加速度信息；然后，以m秒为单位时间段的长度，从计时开始起统计每一单位时间段的设备振动情况，截至当前若设备在n个单位时间段内处于振动状态，则该设备的工作时间t＝n×m，n为自然数，m为大于0的自然数。
2.根据权利要求1所述的移动机械设备工作时间计算方法，其特征在于：对于任一单位时间段，判断该单位时间段内设备是否处于振动状态的具体过程如下：
(1)从该单位时间段起始，通过采集获取a秒的设备加速度信息，依此判定这a秒内设备是否振动，若振动记为T，否则记为F；
(2)然后等待b秒后再获取a秒的设备加速度信息并根据步骤(1)进行振动判定，依次重复执行直至单位时间段结束，m为a+b的整数倍且a和b均为大于0的自然数；
(3)累计单位时间段内振动标记T的个数，若该个数大于设定阈值，则判定该单位时间段内设备处于振动状态。
3.根据权利要求2所述的移动机械设备工作时间计算方法，其特征在于：所述步骤(1)中依据设备加速度信息判定a秒内设备是否振动的具体过程如下：
①以固定采样率采样获取a秒内设备在X、Y、Z三个轴方向上的加速度值，对应得到三个数组X1、Y1和Z1；
②对数组X1、Y1和Z1进行高通滤波处理后，对应得到数组X2、Y2和Z2；
③对数组X2、Y2和Z2进行均方根计算后，对应得到X、Y、Z三个轴方向上的均方根值XRMS、YRMS和ZRMS；
④根据公式计算a秒内设备的振动值s，若s大于设定阈值，则判定这a秒内设备振动并标记为T，否则标记为F。
4.根据权利要求3所述的移动机械设备工作时间计算方法，其特征在于：所述步骤②中采用截止频率为5Hz的巴斯沃斯滤波器对数组X1、Y1和Z1进行高通滤波处理。
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