CN110174465A - 一种在线监测液压缸微小内泄漏装置 - Google Patents

一种在线监测液压缸微小内泄漏装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，包括周向声发射传感器、横向声发射传感器和信号处理仪，所述周向声发射传感器用于检测活塞周向液压缸的内泄情况；所述横向声发射传感器用于检测活塞轴向液压缸的内泄情况；所述信号处理仪与所述周向声发射传感器和横向声发射传感器电连接，用于接收所述周向声发射传感器和横向声发射传感器反馈的信号并对其分析最终判断液压缸是否存在泄漏。该装置能避免噪声干扰，在线监控内泄漏值，内泄漏位置定位，泄漏类型判断，数据准确有效；能适用不同尺寸的液压缸，不同的工况，具备一定的通用性。

Description

一种在线监测液压缸微小内泄漏装置
技术领域
本发明属于液压缸技术领域，具体涉及一种在线监测液压缸微小内泄漏装置。
背景技术
液压缸最常见的故障为内泄漏，内泄漏会严重影响液压系统的性能和效率。目前在线诊断液压缸内泄漏故障的方法分为两大类：(1)在液压缸进油路和回油路上分别安装高精度流量传感器，通过比较进油和回油流量进行内泄漏故障诊断；(2)通过监测液压缸工作腔的压力状态对内泄漏故障进行诊断。上述第一种方法不仅成本高，且由于流量传感器需串接在油路中导致安装不方便和影响系统工作性能；第二种方法中的压力信号容易受到系统中的压力脉动以及其他一些噪声信号的影响。而且上述两种方法由于精度噪声影响，无法精确测量液压缸微小内泄漏。
目前尚无在线有效监测液压缸微小泄漏的装置，一般采用经验方法观察液压缸运行及推力情况，或定期对液压缸进行维修、检测内泄漏量等，一般都需活塞推到顶部，只能在固定点测量内泄漏量，无法在液压缸全行程测量内泄漏量；同时也无法在线提供造成泄漏的原因及位置，这将影响工厂的生产率、降低经济效益，同时很难实现液压缸微小内泄漏在线诊断。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，在液压缸工作全程中在线反应其泄漏的原因及位置等情况。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，包括周向声发射传感器、横向声发射传感器和信号处理仪，
所述周向声发射传感器用于检测活塞周向液压缸的内泄情况；
所述横向声发射传感器用于检测活塞轴向液压缸的内泄情况；
所述信号处理仪与所述周向声发射传感器和横向声发射传感器电连接，用于接收所述周向声发射传感器和横向声发射传感器反馈的信号并对其分析最终判断液压缸是否存在泄漏。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以有如下进一步的具体选择或优化选择。
具体的，所述周向声发射传感器和横向声发射传感器均为谐振式声发射传感器。
具体的，所述周向声发射传感器和横向声发射传感器内部均设置用于将信号放大的放大电路。所述放大电路为现有应用于普通电路中的已知电路。
具体的，所述周向声发射传感器至少设有两个，且分别沿所述活塞周向均匀布置在所述活塞内靠近其表面的位置。安装在液压缸活塞内部的周向声发射传感器与活塞一起随动，更加接近内泄漏发生处，能减少信号衰减，全行程测量。
具体的，所述横向声发射传感器布置在所述液压缸的缸体外周，其至少设有两个，且分别沿所述活塞轴向位于活塞的起点和终点位置。具体的，所述横向发生器可以通过夹具或螺栓连接、铆接或者焊接的方式固定在缸体的外周。
具体的，所述信号处理仪位于所述液压缸外部，包括彼此电连接的电气箱和手持故障仪，所述电气箱与所述周向声发射传感器和横向声发射传感器电连接，并用于信号传输和电源接入，所述手持故障仪用于处理信号。具体的，所述手持故障仪包括信号接收存储电路、信号处理电路、触摸屏显示电路、电源电路组成，所述信号处理电路分别与信号接收存储电路、触摸屏显示电路、电源电路电连接。具体的，所述信号接收存储电路采样频率大于声发射传感器最大检测频率的2倍；所述信号处理电路用于将周向声发射传感器采集信号进行EEMD(集合经验模态分解)分解处理。其中，EEMD(集合经验模态分解)是一种时频分析方法，非常适合处理非线性，非平稳的内泄漏故障信号，具有自适应的特点，具有很高的信噪比，将采集原始信号分解为频率成分从高到低的所有IMF(固有模态函数)分量；再运用相关峭度准则对分解出来的IMF(固有模态函数)分量进行筛选，其中，相关峭度准则同时具备峭度和相关函数的特性，可有效反应信号中内泄特定周期脉冲信号强度，筛选出受液压缸内泄漏影响的IMF(固有模态函数)分量，滤除与液压缸内泄无关的IMF(固有模态函数)分量，消除噪声干扰；再对筛选后的IMF分量进行FFT(快速傅里叶变换)变换，计算FFT幅值谱均方根值，利用内泄漏与FFT幅值谱均方根值均方根值线性关系，得到内泄漏量值，并通过所述触摸屏显示电路显示；信号处理电路还用于将周向声发射传感器采集信号进行时域分析，得到时域均方根值、时域标准差和时域方差；同时将周向声发射传感器采集时域信号进行互相关分析，得到泄漏点沿活塞周向定位值，同时将两个横向声发射传感器采集时域信号进行互相关分析，可得到泄漏点沿活塞移动方向定位值，并通过触摸屏显示电路显示。最后，将以上所述FFT变换特征值(包括频率中心，频率均方根值，频率标准差和幅值谱均方根值)和时域特征值(时域均方根值，时域标准差，时域方差)进行CDET(补偿距离评估)处理，得到敏感特征，然后将特征值送入WFCM(加权模糊聚类算法)进行故障分类。其中液压缸内泄故障可分为活塞密封圈磨损故障类和缸体刮伤故障类，WFCM(加权模糊聚类算法)能解决内泄信号特征对象对故障分类界限模糊和不确定性的问题，用模糊的方法来处理聚类问题，适合进行软划分，能提高液压缸内泄故障分类的有效性和运算速度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采用了声发射传感器，能检测液压缸早期微小内泄漏，信号为高频信号，可减小噪声干扰，并且与活塞随动，全行程都能监控内泄漏值，并得到泄漏点定位值和泄漏类型，为设备点检和维护提供依据。
2.本发明声发射传感器采用谐振式声发射传感器，中心频率与内泄漏特征频率相匹配，能适用不同尺寸的液压缸，不同的工况，使该设备具备一定的通用性。
3.本发明采用了手持故障仪，便于在线诊断，采用无线信号传输装置，可以同时监控多台液压缸。
4.本发明结构简单实用，便于传统液压缸改造升级。
5.本发明采用的计算方法与现有技术中的小波计算分析方法相比，小波变换要预先设置合适的母小波以及设置可行的分解层数，设定好后无法根据现场情况进行调整，而本发明采用的EEMD(集合经验模态分解)算法能根据现场采集的内泄信号自适应分解，适合液压缸内泄在线监测复杂工况，避免干扰，更能揭示内泄信号的内在特征。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置的结构示意图沿A-A的剖视图；
图3是本发明一实施例提供的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置的信号处理流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、周向声发射传感器；2、线槽；3、活塞；4、活塞杆；5、缸体；6、拖链；7、横向声发射传感器；8、夹具；9、电气箱；10、无线信号传输接头；11、有线信号传输接头；12、电源接头；13、手持故障仪。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图及具体实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明提供了一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，包括周向声发射传感器1、横向声发射传感器7和信号处理仪，
所述周向声发射传感器1用于检测活塞3周向液压缸的内泄情况；
所述横向声发射传感器7用于检测活塞3轴向液压缸的内泄情况；
所述信号处理仪与所述周向声发射传感器1和横向声发射传感器7电连接，用于接收所述周向声发射传感器1和横向声发射传感器7反馈的信号并对其分析最终判断液压缸是否存在泄漏。
优选的，所述周向声发射传感器1和横向声发射传感器7均为谐振式声发射传感器。
优选的，所述周向声发射传感器1和横向声发射传感器7内部均设置用于将信号放大的放大电路。
优选的，所述周向声发射传感器1至少设有两个，且分别沿所述活塞3周向均匀布置在所述活塞3内靠近其表面的位置。安装在液压缸活塞内部的周向声发射传感器1与活塞一起随动，更加接近内泄漏发生处，能减少信号衰减，全行程测量。
优选的，所述横向声发射传感器7布置在所述液压缸的缸体5外周，其至少设有两个，且其沿所述活塞3轴向位于活塞3的起点和终点位置。具体的，所述横向发生器可以通过夹具或螺栓连接、铆接或者焊接的方式固定在缸体的外周。
优选的，所述信号处理仪位于所述液压缸外部，包括彼此电连接的电气箱和手持故障仪13，所述电气箱9与所述周向声发射传感器1和横向声发射传感器7电连接，并用于信号传输和电源接入，所述手持故障仪13用于处理信号。具体的，所述手持故障仪13包括信号接收存储电路、信号处理电路、触摸屏显示电路、电源电路组成，所述信号处理电路分别与信号接收存储电路、触摸屏显示电路、电源电路电连接。具体的，所述信号接收存储电路采集频率大于声发射传感器最大检测频率2倍的信号；所述信号处理电路用于将周向声发射传感器1采集的信号进行EEMD(集合经验模态分解)分解处理，再运用相关峭度准则对分解出来的IMF(固有模态函数)分量进行筛选，再对筛选后的IMF分量进行FFT(快速傅里叶变换)变换，计算FFT幅值谱均方根值，利用内泄漏与FFT幅值谱均方根值均方根值线性关系，得到内泄漏量值，并通过所述触摸屏显示电路显示；信号处理电路另还用于将周向声发射传感器1采集信号进行时域分析，得到时域均方根值、时域标准差和时域方差；同时将周向声发射传感器1采集时域信号进行互相关分析，得到泄漏点沿活塞周向定位值，同时将两个横向声发射传感器7采集时域信号进行互相关分析，可得到泄漏点沿活塞移动方向定位值，并通过触摸屏显示电路显示。最后，将以上所述FFT变换特征值(包括频率中心，频率均方根值，频率标准差和幅值谱均方根值)和时域特征值(时域均方根值，时域标准差，时域方差)进行CDET(补偿距离评估)处理，得到敏感特征，然后将特征值送入WFCM(加权模糊聚类算法)进行故障分类，能判断出泄漏原因：活塞密封圈磨损造成或者缸体刮伤造成。
实施例：
如附图1所示，使用本发明提供的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置时，液压缸和在线监测液压缸微小内泄漏装置的部件包括周向声发射传感器1、线槽2、活塞3、活塞杆4、缸体5、拖链6、横向声发射传感器7、夹具8、电气箱9、无线信号传输接头10、有线信号传输接头11、电源接头12、手持故障仪13组成。具体实施时，由于液压缸活塞3密封圈磨损或者缸体5刮伤，油液就会通过活塞3从高压腔流入低压腔，油液缝隙流的流动会产生高频的弹性波，周向声发射传感器1和横向声发射传感器7就会检测到信号，并转换成电信号，通过无线信号传输接头10或有线信号传输接头11传送到手持故障仪13上，手持故障仪13进行信号处理，算出内泄漏量，泄漏定位值和泄漏类型，并通过手持故障仪13的触摸屏显示电路显示。
具体的，活塞杆4同轴穿过活塞3，活塞杆4一端预留线槽2，一端驱动负载；拖链6一端固定在活塞杆4端部，一端固定在电气箱9上；周向声发射传感器1的同轴电缆通过线槽2沿着拖链6接到缸体5外的电气箱9上。具体的，线槽2有两段组成，一段沿活塞3内部布置，一段沿活塞杆4内部，线槽2可放置同轴电缆，从而对高频信号起到屏蔽作用。横向声发射传感器7通过夹具8安装在缸体5预留安装位置，沿活塞3运动方向分布，处于活塞3运动两端终点位置；电气箱9固定在缸体5的外部；电气箱9外壳预留无线信号传输接头10、有线信号传输接头11、电源接头12，信号可通过无线信号传输接头传输到手持故障仪13，也可通过有线信号传输接头传输到手持故障仪13，外部电源通过电源接头12接入。其中，活塞3可做成剖分式或端部开槽，便于嵌入声发射传感器和线槽。其中，活塞杆4一端加工好线槽2，用于信号传送；另一端用于驱动负载。其中，拖链可随活塞杆4移动，但同轴电缆固定在拖链6内。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于，包括周向声发射传感器(1)、横向声发射传感器(7)和信号处理仪，
所述周向声发射传感器(1)用于检测活塞(3)周向液压缸的内泄情况；
所述横向声发射传感器(7)用于检测活塞(3)轴向液压缸的内泄情况；
所述信号处理仪与所述周向声发射传感器(1)和横向声发射传感器(7)电连接，用于接收所述周向声发射传感器(1)和横向声发射传感器(7)反馈的信号并对其分析最终判断液压缸是否存在泄漏。
2.根据权利要求1所述的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于：所述周向声发射传感器(1)和横向声发射传感器(7)均为谐振式声发射传感器。
3.根据权利要求1所述的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于：所述周向声发射传感器(1)和横向声发射传感器(7)内部均设置用于将信号放大的放大电路。
4.根据权利要求1所述的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于：所述周向声发射传感器(1)至少设有两个，且分别沿所述活塞(3)周向均匀布置在所述活塞(3)内靠近其表面的位置。
5.根据权利要求1所述的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于：所述横向声发射传感器(7)布置在所述液压缸的缸体(5)外周，其至少设有两个，且分别沿所述活塞(3)轴向位于所述活塞(3)的起点和终点位置。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于：所述信号处理仪位于所述液压缸外部，包括彼此电连接的电气箱(9)和手持故障仪(13)，所述电气箱(9)与所述周向声发射传感器(1)和横向声发射传感器(7)电连接，并用于信号传输和电源接入，所述手持故障仪(13)用于处理信号。
7.根据权利要求6所述的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于：所述手持故障仪(13)包括信号接收存储电路、信号处理电路、触摸屏显示电路、电源电路，所述信号处理电路分别与信号接收存储电路、触摸屏显示电路、电源电路电连接。
8.根据权利要求7所述的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于：所述信号接收存储电路采集频率大于声发射传感器最大检测频率2倍的信号；所述信号处理电路用于将周向声发射传感器(1)采集的信号进行集合经验模态分解处理，再运用相关峭度准则对分解出来的固有模态函数分量进行筛选，再对筛选后的固有模态函数分量进行快速傅里叶变换，计算快速傅里叶变换变换幅值谱均方根值，利用内泄漏与快速傅里叶变换变换幅值谱均方根值均方根值线性关系，得到内泄漏量值，并通过所述触摸屏显示电路显示；信号处理电路还用于将周向声发射传感器(1)采集信号进行时域分析，得到时域均方根值、时域标准差和时域方差；同时将周向声发射传感器(1)采集时域信号进行互相关分析，得到泄漏点沿活塞周向定位值，同时将横向声发射传感器(7)采集时域信号进行互相关分析，可得到泄漏点沿活塞移动方向定位值，并通过触摸屏显示电路显示。
9.根据权利要求8所述的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于：将以上所述快速傅里叶变换特征值和时域特征值进行补偿距离评估处理，得到敏感特征，然后将特征值送入加权模糊聚类算法进行故障分类，判断泄漏原因。
10.根据权利要求9所述的一种在线监测液压缸微小内泄漏装置，其特征在于：所述傅里叶变换特征值包括频率中心、频率均方根值、频率标准差和幅值谱均方根值，所述时域特征值包括时域均方根值、时域标准差和时域方差。
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