CN107560720A - 管道振动信号分析处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种管道振动信号分析处理系统及方法，所述系统包括单片机、信号采集模块、特征提取模块、状态识别模块和预报决策模块，信号采集模块实时采集船舶管道振动信号经过放大处理；特征提取模块进行信号特征提取，并以频谱图、曲线图的形式输出至单片机；状态识别模块用于对提取出的振动特征进行分析，确定出不同状态情况下的正常范围并发送至单片机；预报决策模块用于根据单片机发出的指令，控制管道上阀门调整闭合程度，以及控制管道上的禁锢支架进行夹持。本发明结构原理简单，能够有效的采集和分析管道振动信号，从而达到应急处理效果；其中，采用的信号采集模块电路结构简单、稳定性好，抗干扰能力强。
Description
技术领域
本发明涉及船舶动力装置管道振动技术领域，具体地指一种管道振动信号分析处理系统及方法。
背景技术
管道是船舶动力装置的重要组成部分，管道振动是动力装置振动的重要方面。强烈的管道振动会使设置在管道间的附属设备，特别是各种焊缝、管路支架等连接处经受反复交变的振动应力作用，使管道受到附加的疲劳载荷，促使疲劳裂纹的形成与扩展，产生松动，泄漏甚至爆炸事故。对于大型船舶，各种不同管径的管道纵横交错地布置在船舶的甲板及各种舱室中，由于液体的压力脉动和甲板的振动，管道会发生振动甚至剧烈地振动，管道振动会降低管道的输送效率，引起结构振动疲劳，甚至由此导致管系结构破坏，造成重大的经济损失。在分析管道振动中，研究各种影响管道振动的因素，掌握其对管道破坏的规律，采取一些必要的措施，将管道振动控制在一定的范围，为系统安全运行提供保证是十分必要的。目前尚无对船舶动力装置的管道振动进行监控的系统，该系统对船舶管道系统还是对一般工业管道系统而言，管道振动的消减至关重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种管道振动信号分析处理系统及其处理方法，能够有效采集和分析船舶管道系统的振动信号，以根据不同故障采取相应措施。
为实现上述目的，本发明所设计的一种管道振动信号分析处理系统，其特殊之处在于，包括单片机、信号采集模块、特征提取模块、状态识别模块和预报决策模块，所述信号采集模块输入端与振动传感器连接，输出端通过特征提取模块连接单片机，所述单片机分别连接状态识别模块和预报决策模块，所述单片机还通过信号传输模块连接远程计算机；
所述单片机用于将经过特征提取的信号通过信号传输模块发送至远程计算机显示；对状态识别模块发送的不同的状态进行识别和记录，并根据不同的状态向预报决策模块发送各种处理指令；
所述信号采集模块用于通过振动传感器实时采集船舶管道振动信号经过放大处理后输出至特征提取模块；
所述特征提取模块用于进行信号特征提取，并以频谱图、曲线图的形式输出至单片机；
所述状态识别模块用于对提取出的振动特征进行分析，并划分合理的振动参数波动范围，通过对不同状态管道的多阶段测量数据的进行收集，从而确定出不同状态情况下的正常范围并发送至单片机；
所述预报决策模块用于根据单片机发出的指令，控制管道上阀门调整闭合程度，以及控制管道上的禁锢支架进行夹持。
进一步地，所述特征提取模块提取的特征包括振动频率、振动幅度、相角、偏心位移。
更进一步地，所述信号采集模块包括运算放大器1b、运算放大器2b，所述运算放大器1b正极输入端连接振动传感器，负极输入端分别连接电阻8a一端和电阻3a一端，电阻3a另一端分别连接运算放大器1b输出端和电阻4a一端，所述电阻8a另一端连接电位器1e滑动端，所述电位器1e一端通过电阻1a接地，另一端通过电阻2a连接电源端；
所述运算放大器2b负极输入端分别连接电阻4a另一端和电位器2e滑动端，所述电位器2e连接电阻5a一端，所述运算放大器2b正极输入端连接振动传感器，所述运算放大器2b输出端连接电阻F6a一端，电阻6a另一端分别连接电阻7a一端、电容2c一端、电容3c一端、二极管1d正极和二极管2d负极，所述电阻5a另一端、电阻7a另一端、电容2c另一端、电容3c另一端均接地，所述二极管1d负极连接电源端，所述二极管2d正极接地。
更进一步地，所述单片机采用STC89系列单片机。
一种基于上述管道振动信号分析处理系统的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
1)信号采集模块通过振动传感器实时采集船舶管道振动信号，经过放大处理后输出至特征提取模块；
2)特征提取模块将振动传感器采集的振动信号进行信号特征提取，针对不同参数的需求，对振动信号进行特征提取；单片机将经过特征提取的信号通过信号传输模块发送至远程计算机显示；
3)状态识别模块对提取出的振动特征进行分析，并划分合理的振动参数波动范围，通过对不同状态管道的多阶段测量数据的进行收集，从而确定出不同状态情况下的正常范围并发送至单片机；
4)单片机对状态识别模块发送的不同的状态进行识别和记录，并根据不同的状态向预报决策模块发送各种处理指令；
5)预报决策模块根据单片机发出的指令，控制管道上阀门调整闭合程度，以及控制管道上的禁锢支架进行夹持。
优选地，所述步骤2)中提取的信号特征包括振动频率、振动幅度、相角、偏心位移。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构原理简单，能够有效的采集和分析管道振动信号，从而达到应急处理效果；其中，采用的信号采集模块电路结构简单、稳定性好，抗干扰能力强，振动传感器的传感器信号分别通过正信号输出端与负信号输出端输出到两个运算放大器，振动信号放大后可直接供单片机采样，提高了信号采集效率。
附图说明
图1为本发明管道振动信号分析处理系统的结构框图。
图2为图1中信号采集模块的电路图。
其中：单片机1，信号采集模块2，特征提取模块3，状态识别模块4，预报决策模块5，振动传感器6，信号传输模块7，远程计算机8。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2所示，本发明一种管道振动信号分析处理系统，包括单片机1、信号采集模块2、特征提取模块3、状态识别模块4和预报决策模块5，所述信号采集模块2输入端与振动传感器6连接，输出端通过特征提取模块3连接单片机1，所述单片机1分别连接状态识别模块4和预报决策模块5，所述单片机1还通过信号传输模块7连接远程计算机8。
单片机1用于将经过特征提取的信号通过信号传输模块7发送至远程计算机8显示；对状态识别模块4发送的不同的状态进行识别和记录，并根据不同的状态向预报决策模块5发送各种处理指令。信号采集模块2用于通过振动传感器6实时采集船舶管道振动信号经过放大处理后输出至特征提取模块3。特征提取模块3用于进行信号特征提取，并以频谱图、曲线图的形式输出至单片机1。状态识别模块4用于对提取出的振动特征进行分析，并划分合理的振动参数波动范围，通过对不同状态管道的多阶段测量数据的进行收集，从而确定出不同状态情况下的正常范围并发送至单片机1。预报决策模块5用于根据单片机1发出的指令，控制管道上阀门调整闭合程度，以及控制管道上的禁锢支架进行夹持。
本发明还提出一种基于上述管道振动信号分析处理系统的方法，包括以下步骤：
1)信号采集模块2通过振动传感器6实时采集船舶管道振动信号，经过放大处理后输出至特征提取模块3；
2)特征提取模块3将振动传感器6采集的振动信号进行信号特征提取，包括振动频率、振动幅度、相角、偏心位移等振动参数，针对不同参数的需求，对振动信号进行提取，并以频谱图、曲线图的形式显示在远程计算机8的屏幕，通过显示的数据和结果，对不同状态的振动频率、振动幅度、相角、偏心位移等振动参数进行控制；
3)状态识别模块4对提取出的振动特征进行分析，并划分合理的振动参数波动范围，通过对不同状态管道的多阶段测量数据的进行收集，从而确定出不同状态情况下的正常范围并发送至单片机1；
4)单片机1对状态识别模块4发送的不同的状态进行识别和记录，并根据不同的状态向预报决策模块5发送各种处理指令；
5)预报决策模块5根据单片机1发出的指令，控制管道上阀门调整闭合程度，以及控制管道上的禁锢支架进行夹持，进而达到应急处理效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (6)
1.一种管道振动信号分析处理系统，其特征在于，包括单片机(1)、信号采集模块(2)、特征提取模块(3)、状态识别模块(4)和预报决策模块(5)，所述信号采集模块(2)输入端与振动传感器(6)连接，输出端通过特征提取模块(3)连接单片机(1)，所述单片机(1)分别连接状态识别模块(4)和预报决策模块(5)，所述单片机(1)还通过信号传输模块(7)连接远程计算机(8)；
所述单片机(1)用于将经过特征提取的信号通过信号传输模块(7)发送至远程计算机(8)显示；对状态识别模块(4)发送的不同的状态进行识别和记录，并根据不同的状态向预报决策模块(5)发送各种处理指令；
所述信号采集模块(2)用于通过振动传感器(6)实时采集船舶管道振动信号经过放大处理后输出至特征提取模块(3)；
所述特征提取模块(3)用于进行信号特征提取，并以频谱图、曲线图的形式输出至单片机(1)；
所述状态识别模块(4)用于对提取出的振动特征进行分析，并划分合理的振动参数波动范围，通过对不同状态管道的多阶段测量数据的进行收集，从而确定出不同状态情况下的正常范围并发送至单片机(1)；
所述预报决策模块(5)用于根据单片机(1)发出的指令，控制管道上阀门调整闭合程度，以及控制管道上的禁锢支架进行夹持。
2.根据权利要求1所述的管道振动信号分析处理系统，其特征在于：所述特征提取模块(3)提取的特征包括振动频率、振动幅度、相角、偏心位移。
3.根据权利要求1所述的管道振动信号分析处理系统，其特征在于：所述信号采集模块(2)包括运算放大器1b、运算放大器2b，所述运算放大器1b正极输入端连接振动传感器(6)，负极输入端分别连接电阻8a一端和电阻3a一端，电阻3a另一端分别连接运算放大器1b输出端和电阻4a一端，所述电阻8a另一端连接电位器1e滑动端，所述电位器1e一端通过电阻1a接地，另一端通过电阻2a连接电源端；
所述运算放大器2b负极输入端分别连接电阻4a另一端和电位器2e滑动端，所述电位器2e连接电阻5a一端，所述运算放大器2b正极输入端连接振动传感器(6)，所述运算放大器2b输出端连接电阻F6a一端，电阻6a另一端分别连接电阻7a一端、电容2c一端、电容3c一端、二极管1d正极和二极管2d负极，所述电阻5a另一端、电阻7a另一端、电容2c另一端、电容3c另一端均接地，所述二极管1d负极连接电源端，所述二极管2d正极接地。
4.根据权利要求1所述的管道振动信号分析处理系统，其特征在于：所述单片机(1)采用STC89系列单片机。
5.一种根据权利要求1所述的管道振动信号分析处理系统的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)信号采集模块(2)通过振动传感器(6)实时采集船舶管道振动信号，经过放大处理后输出至特征提取模块(3)；
2)特征提取模块(3)将振动传感器(6)采集的振动信号进行信号特征提取，针对不同参数的需求，对振动信号进行特征提取；单片机(1)将经过特征提取的信号通过信号传输模块(7)发送至远程计算机(8)显示；
3)状态识别模块(4)对提取出的振动特征进行分析，并划分合理的振动参数波动范围，通过对不同状态管道的多阶段测量数据的进行收集，从而确定出不同状态情况下的正常范围并发送至单片机(1)；
4)单片机(1)对状态识别模块(4)发送的不同的状态进行识别和记录，并根据不同的状态向预报决策模块(5)发送各种处理指令；
5)预报决策模块(5)根据单片机(1)发出的指令，控制管道上阀门调整闭合程度，以及控制管道上的禁锢支架进行夹持。
6.根据权利要求5所述的管道振动信号分析处理系统的方法，其特征在于：所述步骤2)中提取的信号特征包括振动频率、振动幅度、相角、偏心位移。
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