CN108362483B - 一种管路系统的监测方法和监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于数据处理领域，提供了一种管路系统的监测方法和监测系统，所述监测方法包括：获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号，将振动信号转换为频域振动信号，将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度。实施本发明实施例，监测系统通过管路系统的关键点的振动参数即可对整个管路系统进行监测，提升了监测的诊断速度和适应性。

Description

一种管路系统的监测方法和监测系统
技术领域
本发明属于数据处理领域，尤其涉及一种管路系统的监测方法和监测系统。
背景技术
大型复杂管路系统船舶与海洋工程、石油化工、能源与电力工业等诸多领域中应用广泛。管路系统中的泵、阀门等设备及管路附件出现故障时，常会造成管路系统及与之相连的其他元件和精密仪器的破坏，影响管路系统安全和管路动力系统的正常运行，严重时会造成巨大的经济损失，因此对管路系统运行状态进行监测并实现故障定位一直是国内外研究的热点问题。
目前在管路运输领域应用管路系统监测的较多，监测方法包括负压波检漏法、管线附近地面震动监测法和沿管线敷设光线的信号扰动测量法等，其中相对成熟的是负压波检漏法，该方法是利用流体泄漏时因局部瞬时压力差和速度差而产生的负压波作为监测对象，通过拾取压力波的梯度特征和压力变化率的时间差和信号相关处理确定泄露程度和泄漏位置。这一方法准确度受管路背景压力、介质密度、温度等因素影响较大，并且不适用于含有多个激励源的大型复杂动力管路系统的运行监测。
管路系统健康运行监测的核心问题在于管路系统动力学计算方法。目前常见的管路系统的动力学特性的预测方法有特征线方法，有限元法，特征线-有限元法方法和传递矩阵方法。与其它方法相比，传递矩阵方法是通过波动方程直接描述管路系统的运动。与其他方法相比，传递矩阵方法求解过程简单，易于编程且计算效率高，因而在管路结构振动，管内流体压力脉动及管路系统动力学预测等问题中具有较多应用。
针对传递矩阵方法的计算不稳定、积累数值误差大及数值溢出等“病态问题”，常见的几种处理方法包括传递矩阵的无量纲化，特征值问题的改进算法以及Riccati传递矩阵方法等，此外，通过一个一维数组和两个变量来存储一个数据的方法解决了超精度数据的存储问题该方法在一定程度上能够减少由于矩阵变化带来的计算误差，上述这些的改进措施，在一定程度上均提高了传递矩阵在大型复杂管路系统动力学特性预测精度和预测结果的稳定性，但利用这些方法在计算管路系统时并无优势，难以实现模块化编程及预测。
由于受到管道系统动力学计算方法的制约，目前大型复杂管路系统健康运行监测系统发展缓慢。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种管路系统的监测方法和监测系统，以解决现有技术判断管路系统健康状态较慢的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种管路系统的监测方法，所述监测方法包括：
获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号；
将所述振动信号转换为频域振动信号；
将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度，所述Φ(0,s)为管路始端的状态向量，Φ(z,s)为管路任意点的状态向量，U为管段场传递矩阵，Q(z,s)是由外部激励力、重力以及场传递矩阵等共同作用组成的状态向量。
本发明实施例的另一目的在于提供一种管路系统的监测系统，所述监测系统包括：
振动信号获取单元，用于获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号；
转换单元，用于将所述振动信号转换为频域振动信号；
健康程度判断单元，用于将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度，所述Φ(0,s)为管路始端的状态向量，Φ(z,s)为管路任意点的状态向量，U为管段场传递矩阵，Q(z,s)是由外部激励力、重力以及场传递矩阵等共同作用组成的状态向量。
本发明实施例，获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号，将振动信号转换为频域振动信号，将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度，使得监测系统通过管路系统的关键点的振动参数即可对整个管路系统进行监测，提升了监测的诊断速度和适应性。
附图说明
图1为本发明一示例性实施例示出的一种管路系统的监测方法的流程图；
图2为本发明一示例性实施例示出的一种管路系统的监测系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1所示为本发明一示例性实施例示出的一种管路系统的监测方法的流程图，所述监测方法包括以下步骤：
步骤S101，获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号。
在本发明实施例中，根据待监测管路系统的组成和管路系统的实际布置形式，可以选择出多个关键位置，在这些关键位置布放振动加速度传感器，通过振动加速度传感器传输的振动信号，监测系统可以实时了解待监测管路系统的振动情况，需要指出的是，振动加速度传感器放置的位置、数量等，可根据实际使用的需要自行设置，在此不作赘述。
优选的，关键位置包括但不限于：泵源、阀门、管路系统考察点。
步骤S102，将所述振动信号转换为频域振动信号。
在本发明实施例中，振动加速度传感器传输的振动信号是时域信号，时域信号并不能直接用于计算，因此需要将振动信号转换为频域振动信号。将时域信号转换为频域信号的方法为现有技术，在此不做赘述。
优选的，所述振动信号通过傅里叶变换转换为频域振动信号。
步骤S103，将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度，所述Φ(0,s)为管路始端的状态向量，Φ(z,s)为管路任意点的状态向量，U为管段场传递矩阵，Q(z,s)是由外部激励力、重力以及场传递矩阵等共同作用组成的状态向量。
在本发明实施例中，监测系统中预设有一运行参数库，该运行参数库记录了管路系统健康程度的判断标准，将通过公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)计算的结果与运行参数库中的判断标准进行比较，根据比较的结果即可判断待监测管路系统的健康程度。
通过上述公式，在测量任意点的振动后，即可获取管路始端的状态向量，将该状态向量与运行参数库进行比较，即可判断管路系统的健康状态。
需要指出的是，运行参数库可以在系统运行前植入，也可以在系统投入正常运行时，通过采集管路系统的健康工作状态的数据取得。
所述判断所述待监测管路系统的健康程度，包括：
如果所述Φ(0,s)超过所述运行参数库的健康阈值，则所述待监测管路系统为不健康；以及，
如果所述Φ(0,s)未超过所述运行参数库的健康阈值，则所述待监测管路系统为健康。
本发明实施例，获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号，将振动信号转换为频域振动信号，将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度，使得监测系统通过管路系统的关键点的振动参数即可对整个管路系统进行监测，提升了监测的诊断速度和适应性。
作为本发明的一个可选实施例，在所述将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度的步骤之后，所述监测方法还包括：
在显示设备上显示所述判断的结果。
在本发明实施例中，监测系统可以将健康判断的结果显示在显示设备上，监测人员即可快速获取健康监测的结果。
作为本发明的另一个可选实施例，在所述将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度的步骤之后，所述监测方法还包括：
当所述待监测管路系统为不健康时，进行报警处理。
如图2所示为本发明一示例性实施例示出的一种管路系统的监测系统的结构图，所述监测系统包括：
振动信号获取单元201，用于获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号。
在本发明实施例中，根据待监测管路系统的组成和管路系统的实际布置形式，可以选择出多个关键位置，在这些关键位置布放振动加速度传感器，通过振动加速度传感器传输的振动信号，监测系统可以实时了解待监测管路系统的振动情况，需要指出的是，振动加速度传感器放置的位置、数量等，可根据实际使用的需要自行设置，在此不作赘述。
优选的，关键位置包括但不限于：泵源、阀门、管路系统考察点。
转换单元202，用于将所述振动信号转换为频域振动信号。
在本发明实施例中，振动加速度传感器传输的振动信号是时域信号，时域信号并不能直接用于计算，因此需要将振动信号转换为频域振动信号。将时域信号转换为频域信号的方法为现有技术，在此不做赘述。
优选的，所述振动信号通过傅里叶变换转换为频域信号。
健康程度判断单元203，用于将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度，所述Φ(0,s)为管路始端的状态向量，Φ(z,s)为管路任意点的状态向量，U为管段场传递矩阵，Q(z,s)是由外部激励力、重力以及场传递矩阵等共同作用组成的状态向量。
在本发明实施例中，监测系统中预设有一运行参数库，该运行参数库记录了管路系统健康程度的判断标准，将通过公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)计算的结果与运行参数库中的判断标准进行比较，根据比较的结果即可判断待监测管路系统的健康程度。
通过上述公式，在测量任意点的振动后，即可获取管路始端的状态向量，将该状态向量与运行参数库进行比较，即可判断管路系统的健康状态。
需要指出的是，运行参数库可以在系统运行前植入，也可以在系统投入正常运行时，通过采集管路系统的健康工作状态的数据取得。
所述判断所述待监测管路系统的健康程度，包括：
如果所述Φ(0,s)超过所述运行参数库的健康阈值，则所述待监测管路系统为不健康；以及，
如果所述Φ(0,s)未超过所述运行参数库的健康阈值，则所述待监测管路系统为健康。
本发明实施例，获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号，将振动信号转换为频域振动信号，将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度，使得监测系统通过管路系统的关键点的振动参数即可对整个管路系统进行监测，提升了监测的诊断速度和适应性。
作为本发明的一个可选实施例，所述监测系统还包括：
显示单元，用于在显示设备上显示所述判断的结果。
在本发明实施例中，监测系统可以将健康判断的结果显示在显示设备上，监测人员即可快速获取健康监测的结果。
作为本发明的另一个可选实施例，所述监测系统还包括：
报警单元，用于当所述待监测管路系统为不健康时，进行报警处理。
本领域普通技术人员可以理解为上述实施例所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种管路系统的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：
获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号；
将所述振动信号转换为频域振动信号；
将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度，如果所述Φ(0,s)超过运行参数库的健康阈值，则所述待监测管路系统为不健康，如果所述Φ(0,s)未超过所述运行参数库的健康阈值，则所述待监测管路系统为健康，所述Φ(0,s)为管路始端的状态向量，Φ(z,s)为管路任意点的状态向量，U为管段场传递矩阵，Q(z,s)是由外部激励力、重力以及场传递矩阵共同作用组成的状态向量。
2.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述关键位置包括：泵源、阀门、管路系统考察点。
3.如权利要求1所述的监测方法，其特征在于，所述振动信号通过傅里叶变换转换为频域振动信号。
4.如权利要求1～3任一项所述的监测方法，其特征在于，在所述将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度的步骤之后，所述监测方法还包括：
在显示设备上显示所述判断的结果。
5.一种管路系统的监测系统，其特征在于，所述监测系统包括：
振动信号获取单元，用于获取预设于待监测管路系统的关键位置的振动加速度传感器传输的振动信号；
转换单元，用于将所述振动信号转换为频域振动信号；
健康程度判断单元，用于将所述频域振动信号添加到公式Φ(0,s)＝UΦ(z,s)+Q(z,s)中，根据所述公式的结果，判断所述待监测管路系统的健康程度，如果所述Φ(0,s)超过运行参数库的健康阈值，则所述待监测管路系统为不健康，如果所述Φ(0,s)未超过所述运行参数库的健康阈值，则所述待监测管路系统为健康，所述Φ(0,s)为管路始端的状态向量，Φ(z,s)为管路任意点的状态向量，U为管段场传递矩阵，Q(z,s)是由外部激励力、重力以及场传递矩阵共同作用组成的状态向量。
6.如权利要求5所述的监测系统，其特征在于，所述关键位置包括：泵源、阀门、管路系统考察点。
7.如权利要求5所述的监测系统，其特征在于，所述振动信号通过傅里叶变换转换为频域振动信号。
8.如权利要求5～7任一项所述的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括：显示单元，用于在显示设备上显示所述判断的结果。
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