CN108414949B - 基于照度特征的高压发光二极管灯具故障诊断方法及介质 - Google Patents

基于照度特征的高压发光二极管灯具故障诊断方法及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于照度特征的高压发光二极管灯具故障诊断方法及介质，该诊断方法包括：将高压发光二极管灯具的故障类型进行分类，然后存储高压发光二极管灯具在一个工作周期内在正常状态和所有类型故障的各故障类型下所对应的照度的数据样本，即故障数据样本；按照设定策略采集高压发光二极管灯具的照度在一个完整工作周期的照度数据样本；计算照度数据样本与已存储的各故障数据样本之间的相似度；以及将相似度大于设定值的故障数据样本对应的故障类型作为灯具的故障、进行输出。本诊断方法/装置无需与灯具或导线物理连接，使用方便。

Description

基于照度特征的高压发光二极管灯具故障诊断方法及介质
技术领域
本发明涉及一种基于照度特征的高压发光二极管灯具的故障诊断方法和高压发光二极管灯具故障诊断装置。
背景技术
高压发光二极管(High-voltage LED，HV-LED)是一种将多个LED芯片串/并联、集成、封装为一体，或在材料层面实现多个LED PN结连接的发光二极管，包括高压直流发光二极管和高压交流发光二极管两种类型。
目前，高压发光二极管的驱动方式有分段线性恒流等类型。与传统的直流发光二极管灯具相比较，高压发光二极管灯具可以减少30％～50％电源损耗，减少30％～40％制造成本，电源驱动相对简单，能够更加有效地传输和利用电能，抗电子干扰能力更强。分段线性恒流驱动模式中的高压发光二极管灯具功率因素可以达到0.97以上，电流谐波失真可以小于25％。
用于室外道路、工矿厂房的大功率高压发光二极管灯具，由于亮度高的原因，维护人员无法通过肉眼直接识别灯具是否存在故障；有些灯具安装的位置高，维护人员不方便直接取下灯具进行测试来判别灯具是否存在故障。
因此，有必要提供一种高压发光二极管灯具的故障诊断方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于照度特征的高压发光二极管灯具故障诊断方法，以实现对高压发光二极管灯具故障类别的诊断。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，其存储的程序可用于灯具故障类型的诊断。
本发明的目的在于提供一种基于照度特征的高压发光二极管灯具故障诊断装置。
为此，本发明一方面提供了一种高压发光二极管灯具的故障诊断方法，所述高压发光二极管灯具采用分段线性恒流驱动，该诊断方法包括以下步骤：初始化步骤：将高压发光二极管灯具的故障类型进行分类，然后存储高压发光二极管灯具在一个工作周期内在正常状态和所有类型故障的各故障类型下所对应的照度的数据样本，即故障数据样本；采样步骤：按照设定策略采集高压发光二极管灯具的照度在一个完整工作周期的照度数据样本；计算步骤：计算照度数据样本与已存储的各故障数据样本之间的相似度；以及诊断步骤：将相似度大于设定值的故障数据样本对应的故障类型作为灯具的故障、进行输出。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，用于存储故障诊断识别程序，该程序在处理器或微控制器上执行时实现以下步骤：初始化步骤：将高压发光二极管灯具的故障类型进行分类，然后存储高压发光二极管灯具在一个工作周期内在正常状态和所有类型故障的各故障类型下所对应的照度的数据样本，即故障数据样本；采样步骤：按照设定策略采集高压发光二极管灯具的照度在一个完整工作周期的照度数据样本；处理步骤：将采集的照度数据样本的数据进行滤波处理；计算步骤：计算滤波后的照度数据样本与已存储的各故障数据样本之间的相似度；以及诊断步骤：将相似度大于设定值的故障数据样本对应的故障类型作为灯具的故障、进行输出。
本发明还提供了一种高压发光二极管灯具故障诊断装置，包括照度传感器、微处理器、存储器、A/D转换芯片、电源电路、操作键盘、以及显示器，其中，所述照度传感器用于检测高压发光二极管灯具中的照度信号，所述微处理器用于执行根据上面所描述的故障诊断方法、获得灯具故障信息，所述显示器用于显示所述灯具故障信息。
根据本发明的故障诊断方法，凭借照度能够快速诊断灯具故障，并且能够涵盖所有阶数分段线性恒流驱动类型的灯具，适合多种路灯混用的综合检测。本灯具故障诊断装置无需与灯具或导线物理连接，使用方便。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1a是传统LED灯具的光照度变化曲线图；
图1b是四段式线性恒流驱动的高压发光二极管灯具的光照度变化曲线图；
图2a是根据本发明的实验样灯的电路图；
图2b是根据本发明一实施例的高压发光二极管灯具的光照度指标随输入电压和时间变化的特征示意图；
图3a是根据本发明一实施例的高压发光二极管灯具的故障1的照度特征图，其中对应灯串1损坏；
图3b是根据本发明一实施例的高压发光二极管灯具的故障2的照度特征图，其中对应灯串2损坏；
图3c是根据本发明一实施例的高压发光二极管灯具的故障3的照度特征图，其中对应灯串3损坏；
图3d是根据本发明一实施例的高压发光二极管灯具的故障4的照度特征图，其中对应灯串4损坏；
图4是根据本发明一实施例的基于照度的高压发光二极管灯具故障诊断方法的流程图；
图5是根据本发明的灯具故障诊断装置的使用状态图；以及
图6是根据本发明的基于照度的高压发光二极管灯具故障诊断装置的结构框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
通过研究发现，基于分段线性恒流驱动的高压发光二极管灯具具有特殊的频闪现象，其光照度数据随时间呈现周期性的、规则的变化规律。
本发明利用光源频闪测试仪检测了传统LED灯具和四段式线性恒流驱动的高压发光二极管灯具的照度曲线。如图1a所示，传统LED灯具照度变化曲线呈光滑的周期性变化。如图1b所示，分段线性恒流驱动的高压发光二极管灯具照度变化曲线呈阶梯状的周期性变化。
如图2a所示，实验样灯为一只8W高压发光二极管灯具，选用的驱动芯片型号为BY-V7H04，发光二极管芯片型号为ZT2835WOM1。BY-V7H04是一款四段式线性恒流芯片，可负载A、B两组四段灯串。
表一
Figure BDA0001582995770000041
在该高压发光二极管灯具工作的特征电压点——60V、120V、160V和220V，获得相应的光照度数据，如表一所示。表一为灯具光照度的测试结果。
在一个工作周期内各灯串导通灯具平均光照度指标随时间与输入电压变化的特征在图2b中示出。
针对四段式线性恒流驱动的高压发光二极管，本发明分别设置了灯具故障：灯串1故障、灯串2故障、灯串3故障和灯串4故障，采用光源频闪测试仪后测得各灯具故障对应的照度曲线。
其中，故障1的照度特征在图3a中示出，此时对应灯串1损坏，同时包含灯串1的后续灯串损坏时对应的照度曲线也相同；故障2的照度特征在图3b中示出，此时对应灯串2损坏，同时包含灯串2及后续灯串损坏时对应的照度曲线也相同；故障3的照度特征在图3c中示出，此时对应灯串3损坏，包含灯串3及后续灯串损坏时对应的照度曲线也相同；故障4的照度特征在图3d中示出，此时对应灯串4损坏。
需要指出的是，不仅8W的实验样灯在发生故障时其故障灯串遵循上述照度曲线变化规律，其他功率的例如60W、90W和120W的高压发光二极管灯具在发生故障时其故障灯串也遵守相应的照度曲线变化规律，因而这些照度曲线变化规律能够作为灯具故障的诊断依据。
如图4所示，本发明的基于照度的高压发光二极管灯具故障诊断方法，包括以下步骤：
初始化步骤S101：将高压发光二极管的故障类型进行分类，然后存储高压发光二极管灯具在一个工作周期内在正常状态和所有类型故障的各故障类型下所对应的照度的数据样本，即故障数据样本；
采样步骤S103：按照设定策略采集高压发光二极管灯具的照度在一个完整工作周期的测试数据样本；
计算步骤S105：计算测试数据样本与已存储的各故障数据样本之间的相似度；以及
诊断步骤S107：将相似度大于设定值的故障数据样本对应的故障类型作为灯具的故障、进行输出。
根据本发明的故障诊断方法，凭借照度能够快速诊断灯具故障，并且能够涵盖所有阶数分段线性恒流驱动类型的灯具，适合多种路灯混用的综合检测。
其中，正常照明用交流电的周期为20ms，本发明的高压发光二极管灯具经过整流，一个工作周期变为10ms。一个完整的工作周期是指相位由0°变化为180°所经历的一个工作周期。
在一实施例的故障诊断方法的初始化步骤中，预存储了四阶分段线性恒流驱动的高压发光二极管灯具的5种照度样本数据，包括一个正常工作时的照度数据样本和四个故障类型的照度数据样本。在另一实施例的故障诊断方法中，将六阶和八阶对应的各故障对应的故障数据样本均进行预存储，使得不管高压发光二极管使用哪一种形式驱动，均能识别出故障。
在一实施例的故障诊断方法的计算步骤中，通过计算两个数据样本之间的欧式距离来判断检测到的照度样本数据与故障样本数据之间相似度：
Figure BDA0001582995770000061
Figure BDA0001582995770000062
其中，I表示采集的所有照度数据集合I＝{I1,I2,I3,…,In-2,In-1,In}(0＜n≤201)，Yj表示装置存储的第j号照度数据样本集合，D表示I与Yj之间的欧氏距离，S表示I与Yj之间的相似程度。
其中，装置内部存储了20种不同的基于分段线性恒流驱动的高压发光二极管灯具的照度样本数据，当采集的数据与样本数据相似度S大于设定阈值(0.70～0.8)时，则认为采集的数据与样本数据一致。
本发明提供了一种计算机可读存储介质，存储有故障识别程序，该程序在执行时实现上述故障诊断方法的各步骤。
基于分段线性恒流驱动的高压发光二极管灯具具有特殊的频闪现象，其光照度数据随时间呈现周期性的、规则的变化规律。通过照度传感器采集灯具光照度数据，通过微处理器分析灯具各灯串的发光情况，从而判别灯具是否存在LED芯片不亮等故障现象。
本装置检测的对象是：基于分段线性恒流驱动的高压发光二极管灯具。
如图5所示，高压发光二极管灯具故障诊断装置30由三脚架20支撑，置于路灯10正下方，采集路灯光照度数据，无需与路灯或导线物理连接，使用方便。
如图6所示，高压发光二极管灯具故障诊断装置包括：微处理器、照度传感器、A/D转换芯片、液晶显示器、操作键盘和电源，其中，电源由电池和低压差稳压芯片组成。照度传感器输出的是模拟信号，经过A/D转换芯片输出数字信号。微处理器执行故障识别程序，实现对故障的识别。
根据本发明的故障诊断装置，根据高压发光二极管灯具的照度特征，采用嵌入式技术，使用微处理器、A/D转换芯片和照度传感器构建高压发光二极管灯具故障诊断装置，方便维护人员在灯具安装现场判别灯具的故障，做出灯具是否可以继续使用的决定。
诊断实例
在本诊断实例中，相似度设定值为0.7，样本中的数值单位为勒克斯(lx)。
1、装置内存储的标准样本：
(1)1号标准样本(无故障样本)：
Figure BDA0001582995770000071
(2)5号标准样本(4号灯串故障样本)：
Figure BDA0001582995770000072
2、采集到的样本(这里例举两个例子，一个是没有问题的，一个是4号灯串有问题的)
(1)没有问题的样本
Figure BDA0001582995770000081
经过与
Figure BDA0001582995770000082
比较，D＝0.3967，S＝0.7160，S＞0.7，所以认为采集的数据与样本数据一致，灯具无故障。
(2)4号灯串有问题的样本
Figure BDA0001582995770000083
经过与
Figure BDA0001582995770000084
比较，D＝0.2439，S＝0.8039，S＞0.7，所以认为采集的数据与5号样本数据一致，即4号灯串有故障。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高压发光二极管灯具的故障诊断方法，其特征在于，所述高压发光二极管灯具采用分段线性恒流驱动，包括以下步骤：
初始化步骤：将高压发光二极管灯具的故障类型进行分类，然后存储高压发光二极管灯具在一个工作周期内在正常状态和所有类型故障的各故障类型下所对应的照度的数据样本，即故障数据样本，其中，一个工作周期为10ms，一个完整的工作周期是指相位由0°变化为180°所经历的一个工作周期；
采样步骤：按照设定策略采集高压发光二极管灯具的照度在一个完整工作周期的照度数据样本；
计算步骤：计算照度数据样本与已存储的各故障数据样本之间的相似度；以及
诊断步骤：将相似度大于设定值的故障数据样本对应的故障类型作为灯具的故障进行输出。
2.根据权利要求1所述的高压发光二极管灯具的故障诊断方法，其特征在于，所述采样步骤中，采集多个工作周期时长的照度数据，然后从中选择1个完整周期时长的数据作为一个照度数据样本。
3.根据权利要求1所述的高压发光二极管灯具的故障诊断方法，其特征在于，每个完整周期有n个数据点，一个照度数据样本包括n+1个数据点，所述n为50～250个。
4.根据权利要求1所述的高压发光二极管灯具的故障诊断方法，其特征在于，所述相似度设定值为0.7～0.8。
5.根据权利要求1所述的高压发光二极管灯具的故障诊断方法，其特征在于，通过计算照度数据样本与故障样本数据二者之间的欧式距离来获得相似度。
6.一种计算机可读存储介质，用于存储故障诊断识别程序，其特征在于，该程序在处理器或微控制器上执行时实现以下步骤：
初始化步骤：将高压发光二极管灯具的故障类型进行分类，然后存储高压发光二极管灯具在一个工作周期内在正常状态和所有类型故障的各故障类型下所对应的照度的数据样本，即故障数据样本，其中，一个工作周期为10ms，一个完整的工作周期是指相位由0°变化为180°所经历的一个工作周期；
采样步骤：按照设定策略采集高压发光二极管灯具的照度在一个完整工作周期的照度数据样本；
计算步骤：计算照度数据样本与已存储的各故障数据样本之间的相似度；以及
诊断步骤：将相似度大于设定值的故障数据样本对应的故障类型作为灯具的故障进行输出。
7.一种高压发光二极管灯具故障诊断装置，其特征在于，包括照度传感器、微处理器、存储器、A/D转换芯片、电源电路、操作键盘、以及显示器，
其中，所述照度传感器用于检测高压发光二极管灯具中的照度信号，所述微处理器用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的故障诊断方法、获得灯具故障信息，所述显示器用于显示所述灯具故障信息。
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