CN111456983A - 一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及液压调速阀检测系统及信号处理方法，尤其涉及一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法。涉及的一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法基于液压调速阀检测油路；检测系统为将被测调速阀安置在液压回路中，通过信号采集模块采集液压回路中的两端的流量、压力数据，将采集模拟量信号转换成数字量，上传到上位机上，通过MATLAB软件中的小波分析法，分析采集的数据，将采集的数据曲线与数据库中存入的出厂数据进行对比，打印报表，进而判断电磁阀的故障位置及故障时间。本发明精准判断被测阀故障的位置，为阀体更换和修复提供依据。

Description

一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法

技术领域

本发明涉及液压调速阀检测系统及信号处理方法，尤其涉及一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法。

背景技术

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，它集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，已广泛用于地铁、铁路、水电等隧道工程。电磁阀是盾构机液压系统中最重要的元件，同时也是故障率最高的元件之一；因此，电磁阀的故障检测工作尤为重要。

CN 106814309 A公布了一种非接触电磁阀检测系统；通过感应式磁敏传感器间接检测电流电压。

福建交通职业技术学院的吴为民，在重庆科技学院学报（自然科学版）2010年第12卷第6期发表《调速阀故障信号的小波检测方法》的学术论文，提出了一种用小波变换检测调速阀故障信号的方法。

根据国家标准JB/T 10366-2014，液压调速阀的出厂必试项目包括流量调节范围及最小控制流量、内泄漏量、进口压力变化对调节流量的影响。传统的测试方法中，流量调节范围试验，是测取阀体若干个不同开度位置时所通过的流量；内泄漏量、进口压力变化对调节流量的影响试验也是设定若干个测试点，然后绘制相关曲线；测试结果离散。

随着传感和检测技术的发展，采用智能流量传感器和压力传感器配套数据采集系统，实时采集压力、流量变化，实现测试结果的连续采集。采用小波分析理论中的多尺度分析对采集的信号进行时频分析和检测，提高测试的精度，在故障诊断以及阀体修复中具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法，利用流量传感器和压力传感器配套数据采集系统进行测量和数据采集，得到精准的测量信号，从而检测调速阀故障，并利用小波来分析信号。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法，检测分析方法基于液压调速阀检测油路；检测系统为将被测调速阀安置在液压回路中，通过信号采集模块采集液压回路中的两端的流量、压力数据，将采集模拟量信号转换成数字量，上传到上位机上，通过MATLAB软件中的小波分析法，分析采集的数据，将采集的数据曲线与数据库中存入的出厂数据进行对比，打印报表，进而判断电磁阀的故障位置及故障时间；检测分析方法包括有检测方法和分析方法；其检测方法的具体步骤如下：

步骤一：在被测阀出入口的两端分别设置压力传感器，测量流量调节范围及最小控制流量；使被测阀的进出口压差为最低工作压力值，溢流阀处于溢流工况；调节被测阀开度的大小，通过采集流量传感器的实时流量变化，确定流量调节范围；

步骤二：使被测阀的进出口压差为最低工作压力值，调节被测阀的流量为最小控制流量。调节溢流阀，使被测阀的进口压力从最低工作压力调至额定压力，通过流量传感器，采集被测阀的最小控制流量变化情况；

步骤三：调节被测阀的流量为最小控制流量，使被测阀的进口压力从最低工作压力增至额定压力，采集从最低工作压力调至额定压力在进口压力变化时的流量变化率；计算公式为：

步骤四：被测调速阀放置于检测口，系统上电，设置相关检测参数，相关检测参数为：标准流量、标准场强、精度误差；启动泵用变频器，使流量达到标准流量计测得的设置标准流量值，然后读取被测调速阀的实测流量值，再与标准流量值作比较；

小波分析方法采用小波多尺度分析方法，函数

称为基本小波，其傅里叶变换为

；当

满足条件

时，称

为一个基本小波；将

经伸缩和平移后，可构成小波序列；对于连续的

小波分析方法运算包括以下步骤：

步骤三：将小波函数沿时间轴向右移动一个单位时间，然后重复步骤一、二，求出覆盖完整信号长度的变换系数；

步骤四：将小波函数尺度伸缩一个单位，然后重复步骤一、二、三；

步骤五：对所有尺度伸缩重复以上四个步骤。

所述的液压调速阀检测油路具有设置在液压回路中的被测阀；所述被测阀的出入口分别与溢流阀、电磁换向阀相连通；并在被测阀的出入口分别设置有压力传感器；所述电磁换向阀的一端连通所述的被测阀，另一端通过调速阀与电磁流量传感器连通。

本发明提出的一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法，通过流量传感器和压力传感器联动实时测量被测阀的流量计进出口压力变化情况，并通过小波分析理论，分析信号数据，精准判断被测阀故障的位置，为阀体更换和修复提供依据；该测试系统及信号分析方法精度高，测量快速，人机交互性能好，可直接得到被测阀性能曲线与标准曲线的对比分析结论。

附图说明

图1 为本发明中液压调速阀检测油路的结构示意图。

图2为电磁流量传感器的测试流程图。

图3为检测系统的结构图。

图4为小波分析方法中步骤二中小波变换系数

与测试信号对应的结构示意图。

图5为小波分析方法中步骤三中小波变换系数

与测试信号对应的结构示意图。

图6为小波分析方法中步骤四中小波变换系数

与测试信号对应的结构示意图。

图中：1、油箱；2、过滤器；3、溢流阀；4、液压泵；5、精过滤器；6、温度传感器；7、电机；8、被测阀；9、压力传感器；10、电磁换向阀；11、调速阀；12、流量传感器。

具体实施方式

结合附图和具体实施例对本发明加以说明：

一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法，如图2、图3所示，检测分析方法基于液压调速阀检测油路；检测系统为将被测调速阀安置在液压回路中，通过信号采集模块采集液压回路中的两端的流量、压力数据，将采集模拟量信号转换成数字量，上传到上位机上，通过MATLAB软件中的小波分析法，分析采集的数据，将采集的数据曲线与数据库中存入的出厂数据进行对比，打印报表，进而判断电磁阀的故障位置及故障时间；检测分析方法包括有检测方法和分析方法；其检测方法的具体步骤如下：

步骤一：如图1所示，在被测阀出入口的两端分别设置压力传感器，测量流量调节范围及最小控制流量；使被测阀的进出口压差为最低工作压力值，溢流阀处于溢流工况；调节被测阀开度的大小，通过采集流量传感器的实时流量变化，确定流量调节范围；

步骤二：如图2所示，使被测阀的进出口压差为最低工作压力值，调节被测阀的流量为最小控制流量；调节溢流阀，使被测阀的进口压力从最低工作压力调至额定压力，通过流量传感器，采集被测阀的最小控制流量变化情况；

步骤三：如图3所示，节被测阀的流量为最小控制流量，使被测阀的进口压力从最低工作压力增至额定压力，采集从最低工作压力调至额定压力在进口压力变化时的流量变化率；计算公式为：

步骤四：如图4所示，被测调速阀放置于检测口，系统上电，设置相关检测参数，相关检测参数为：标准流量、标准场强、精度误差；启动泵用变频器，使流量达到标准流量计测得的设置标准流量值，然后读取被测调速阀的实测流量值，再与标准流量值作比较；

小波分析方法运算包括以下步骤

步骤三：将小波函数沿时间轴向右移动一个单位时间，然后重复步骤一、二，求出覆盖完整信号长度的变换系数；

步骤四：将小波函数尺度伸缩一个单位，然后重复步骤一、二、三；

步骤五：对所有尺度伸缩重复以上四个步骤。

所述的液压调速阀检测油路具有设置在液压回路中的被测阀；所述被测阀的出入口分别与溢流阀、电磁换向阀相连通；并在被测阀的出入口分别设置有压力传感器；所述电磁换向阀的一端连通所述的被测阀，另一端通过调速阀与电磁流量传感器连通。

小波分析软件Wavelab，由Matlab语言编写，可在5.X以上版本运行。涵盖正交小波变换、小波包变换、插值小波变换等，完全满足分析的需要。利用Wavelab还可方便的求出小波变换的模极大值。

小波变换的模极大值充分刻画了信号的奇异点，并且可以利用模极大值来提取出所有的奇异点。但传统方法都没有涉及到有关奇异点的问题。

小波变换的模极大值点与测试信号突变点之间的关系，特征在于：当小波函数视为某一平滑函数的一阶导数时，信号小波变换模的局部极值点对应于信号的突变点或边缘。当小波函数视为某一平滑函数的二阶导数时，信号小波变换模的过零点，也对应于信号的突变点或边缘。

Claims (2)

1.一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法，其特征在于：检测分析方法基于液压调速阀检测油路；检测系统为将被测调速阀安置在液压回路中，通过信号采集模块采集液压回路中的两端的流量、压力数据，将采集模拟量信号转换成数字量，上传到上位机上，通过MATLAB软件中的小波分析法，分析采集的数据，将采集的数据曲线与数据库中存入的出厂数据进行对比，打印报表，进而判断电磁阀的故障位置及故障时间；检测分析方法包括有检测方法和分析方法；其检测方法的具体步骤如下：

步骤一：在被测阀出入口的两端分别设置压力传感器，测量流量调节范围及最小控制流量；使被测阀的进出口压差为最低工作压力值，溢流阀处于溢流工况；调节被测阀开度的大小，通过采集流量传感器的实时流量变化，确定流量调节范围；

步骤二：使被测阀的进出口压差为最低工作压力值，调节被测阀的流量为最小控制流量。调节溢流阀，使被测阀的进口压力从最低工作压力调至额定压力，通过流量传感器，采集被测阀的最小控制流量变化情况；

步骤三：调节被测阀的流量为最小控制流量，使被测阀的进口压力从最低工作压力增至额定压力，采集从最低工作压力调至额定压力在进口压力变化时的流量变化率；计算公式为：

步骤四：被测调速阀放置于检测口，系统上电，设置相关检测参数，相关检测参数为：标准流量、标准场强、精度误差；启动泵用变频器，使流量达到标准流量计测得的设置标准流量值，然后读取被测调速阀的实测流量值，再与标准流量值作比较；

小波分析方法采用小波多尺度分析方法，函数

称为基本小波，其傅里叶变换为

；当

满足条件

时，称

为一个基本小波；将

经伸缩和平移后，可构成小波序列；对于连续的

小波分析方法运算包括以下步骤：

步骤三：将小波函数沿时间轴向右移动一个单位时间，然后重复步骤一、二，求出覆盖完整信号长度的变换系数；

步骤四：将小波函数尺度伸缩一个单位，然后重复步骤一、二、三；

步骤五：对所有尺度伸缩重复以上四个步骤。

2.如权利要求1所述的一种基于小波分析的液压调速阀检测分析方法，其特征在于：所述的液压调速阀检测油路具有设置在液压回路中的被测阀；所述被测阀的出入口分别与溢流阀、电磁换向阀相连通；并在被测阀的出入口分别设置有压力传感器；所述电磁换向阀的一端连通所述的被测阀，另一端通过调速阀与电磁流量传感器连通。

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