CN113358348B - 基于电流特征的离合器失效检测方法、系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于电流特征的离合器失效检测方法、系统、设备及介质，对被测电机进行电流检测，通过利用霍尔电流传感器对被测电机进行电流检测，并输出电压信号，通过数据采集装置对所输出的电压信号进行采集并输入至控制器内进行数据处理；将电机电流特征与离合器制动性能进行特征关联，在控制器的数据处理中通过波形拟合算法，得到离合器制动性能数据。通过检测电机电流的方式获取离合器制动性能，实现了离合器制动效果的在线检测，在通过检测电机电流中通过控制器的数据处理实现了利用电机电流获取棘轮传动齿数，通过检测电机电流实现了电机电流反应棘轮的受力状况，有效反应出大小棘爪的受力特征，最后可以有效监控棘轮棘爪转动的异常情况。

Description

基于电流特征的离合器失效检测方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及离合器制动信息获取技术领域，具体为基于电流特征的离合器失效检测方法、系统、设备及介质。

背景技术

40.5到252KV电压等级大量使用弹簧操动机构，该弹簧机构大多都使用到了具备单向制动的离合器。离合器在操动机构的工作中起到重要作用，其性能下降直接关系到机构寿命。目前监测离合器性能下降的方法大多依靠人工目视，并且要停止机构的正常试验，实际执行起来很不方便。本方案试图在不停止机构正常试验的前提下，获取离合器制动性能数据。

离合器制动性能的监测有好多方法，但是在开关行业，操动机构离合器的制动性能监测极为少见，目前人为通过肉眼观察零件位置，来判断离合器的制动性能，不能实现自动化的测量和分析需求。

现有技术方案借助人为肉眼观察，存在对人严重依赖，观察时又需要让操动机构停留在确定的合闸未储能状态，数出棘轮圆周上的齿超越过棘爪头部的齿数，在离合器制动性能好时，该齿数就会多大约4～6齿，随着操动机构离合器制动性能的下降，该齿数会逐渐变少，最终达到1个齿。

发明内容

针对现有技术中对离合器制动性能数据采用人工手段进行数据获取存在信息获取中存在误差的问题，不能实现自动化的测量和分析需求，本发明提供基于电流特征的离合器失效检测方法、系统、设备及介质，采用计算机配传感器、数据采集卡和分析软件。通过操动机构上电机工作电流的采集，数据分析获取到离合器的制动性能数据。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种基于电流特征的离合器失效检测方法，包括如下步骤：

步骤1，在操动机构上选取被测储能电机；

步骤2，被测储能电机的导线穿过霍尔电流传感器的中心孔进行电流特征的波形检测，并输出电压信号；

步骤3，将步骤2中输出的电压信号通过数据采集装置进行数据采集，并输入至控制器内进行数据处理；

步骤4，通过数据处理获取操动机构上一次棘轮停止的位置，并通过操动机构上一次棘轮停止的位置判断离合器的制动效果。

优选的，步骤2中，霍尔电流传感器的电流采用-50A～50A，输出感应的电压为0V～10V。

优选的，步骤3中，数据采集装置的电压输入端与霍尔电流传感器的电压输出端连接，其中数据采集装置的电压输入端的电压为0V～10V。

优选的，步骤3中，数据采集装置内设有采集卡，电压信号输入至采集卡经采集卡的A/D模数转换后输入至控制器内。

优选的，步骤4中，通过数据处理的结果判断离合器制动效果的方法如下：

S1，采集原始数据，并对原始数据进行峰值点拟合、滤波、提取交流成分；

S2，并将所提取的交流成分上升沿转为方波，并记录方波数；

S3并通过波形拟合算法计算棘轮外露齿数，获取操动机构上一次棘轮停止的位置，通过停止位置来判断离合器的制动效果。

进一步的，S3中，棘轮外露齿数的计算公式如下：

N＝(36·2-N₁)/2；

其中，N为棘轮外露齿数；N₁为有效方波数。

一种基于电流特征的离合器失效检测系统，包括控制器；

控制器的输入端连接信号输入模块，控制器的输出端分别连接处理器模块和人机交互模块；

信号输入模块的输入端连接数据采集装置的电压信号输出端；数据采集装置的电压信号输入端连接霍尔电流传感器的电压信号输出端；霍尔电流传感器的中心孔通过穿入被测电机的导线进行电流检测输出电压信号；

优选的，信号输入模块，用于控制器的信号输入；

处理器模块，用于在控制器内对所接收的数据进行预处理和算法计算；

霍尔电流传感器，用于对被测电机的电流检测并输出电压信号；

人机交互模块，用于显示控制器内处理的信号信息。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述电流特征离合器失效检测方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述所述电流特征离合器失效检测方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种基于电流特征的离合器失效检测方法，首先对被测电机进行电流检测，通过利用霍尔电流传感器对被测电机进行电流检测，并输出电压信号，同时通过数据采集装置对所输出的电压信号进行采集并输入至控制器内进行数据处理；本发明中将电机电流特征与离合器制动性能进行特征关联，在控制器的数据处理中通过波形拟合算法，得到离合器制动性能数据。本发明通过检测电机电流的方式获取离合器制动性能，实现了离合器制动效果的在线检测，在通过检测电机电流中通过控制器的数据处理实现了利用电机电流获取棘轮传动齿数，通过检测电机电流实现了电机电流反应棘轮的受力状况，同时也有效的反应出大小棘爪的受力特征，最后可以有效监控棘轮棘爪转动的异常情况，如棘轮传动卡滞、齿断裂等机械故障。

附图说明

图1为本发明数据处理的结果判断离合器制动效果的方法流程图；

图2为本发明电流特征离合器失效检测系统结构图；

图3为本发明中特性曲线示意图；

图4为本发明中滤波示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明一个实施例中，提供了一种基于电流特征的离合器失效检测方法，采用计算机配传感器、数据采集卡和分析软件。通过操动机构上电机工作电流的采集，数据分析获取到离合器的制动性能数据。

具体的，该离合器失效检测方法，包括如下步骤：

步骤1，在操动机构上选取被测储能电机；

步骤2，被测储能电机的导线穿过霍尔电流传感器的中心孔进行电流特征的波形检测，并输出电压信号；

具体的，霍尔电流传感器的电流采用-50A～50A，输出感应的电压为0V～10V。

步骤3，将步骤2中输出的电压信号通过数据采集装置进行数据采集，并输入至控制器内进行数据处理；

具体的，数据采集装置的电压输入端与霍尔电流传感器的电压输出端连接，其中数据采集装置的电压输入端的电压为0V～10V。

数据采集装置内设有采集卡，电压信号输入至采集卡经采集卡的A/D模数转换后输入至控制器内。

步骤4，通过数据处理获取操动机构上一次棘轮停止的位置，并通过操动机构上一次棘轮停止的位置判断离合器的制动效果。

具体的，参见图1，步骤4中，通过数据处理的结果判断离合器制动效果的方法如下：

S1，采集原始数据，并对原始数据进行峰值点拟合，提取交流成分；

S2，并将所提取的交流成分上升沿转为方波，并记录方波数；

S3并通过波形拟合算法计算棘轮外露齿数，获取操动机构上一次棘轮停止的位置，通过停止位置来判断离合器的制动效果。

具体的判断方式为：棘轮停止的方式是逆时针快速旋转到最大位置，再往回顺时针旋转，在其顺时针旋转过程中正常的离合器会快速介入，对棘轮进行制动而停转，当离合器制动效果变差时，棘轮会顺时针回退，表现为棘轮的相对位置发生变化。

具体的，S3中，棘轮外露齿数的计算公式如下：

N＝(36·2-N₁)/2；

其中，N为棘轮外露齿数；N₁为有效方波数。

具体的，将交流电机电流的正值曲线取出，并将个峰值点拟合出新的曲线；重新提取电流发生交变的交流成分，每一个脉动都是电机受到负载力变化的体现，如图3和图4所示

本发明涵盖了软件和硬件两大部分，软件主要是用于数字波形变化、数据分析和界面显示；硬件部分包含了电流传感器、数据采集卡和计算机等；本发明利用电机电流分析获取操动机构离合器制动性能；本发明从电机电流突变计算棘轮棘齿超越齿数；本发明形成了整套采集分析装置。

本发明电流特征离合器失效检测方法的实施过程如下：

选择操动机构上的电机为被测对象，让电机的一根导线穿过霍尔电流传感器的中心孔，当被电机测通电工作时，电机回路的电流就会经过霍尔电流传感器的中心孔而感应出电压，且大小与电机回路的电流成正比，采用的±50A的霍尔传感器，输出感应的电压为2.5V±2V，该电压信号通过信号线连接至数据采集装置，同时也将数据采集装置的5V电压与霍尔电流传感器相连，为其提供电源支持。输入到采集卡的电压信号经采集卡的A/D模数转换，再通过USB数据线连接至计算机。通过软件进行数据处理和显示。该方案是通过电机电流的特征观察电机受力变化，通过受力变化获取操动机构上一次棘轮停止的位置，通过停止位置来判断离合器的制动效果。获取离合器制动性能的特征量，以便不间断的监测设备状态，避免了人为强行停机观察棘轮的停止位置的不便。为产品智能化监测提供了检测方案。

综上所述，本发明提供了一种电流特征离合器失效检测方法，首先对被测电机进行电流检测，通过利用霍尔电流传感器对被测电机进行电流检测，并输出电压信号，同时通过数据采集装置对所输出的电压信号进行采集并输入至控制器内进行数据处理；本发明中将电机电流特征与离合器制动性能进行特征关联，在控制器的数据处理中通过波形拟合算法，得到离合器制动性能数据。本发明通过检测电机电流的方式获取离合器制动性能，实现了离合器制动效果的在线检测，在通过检测电机电流中通过控制器的数据处理实现了利用电机电流获取棘轮传动齿数，通过检测电机电流实现了电机电流反应棘轮的受力状况，同时也有效的反应出大小棘爪的受力特征，最后可以有效监控棘轮棘爪转动的异常情况，如棘轮传动卡滞、齿断裂等机械故障。

下述为本发明的装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于装置实施例中未纰漏的细节，请参照本发明方法实施例。

本发明在一个实施例中，提供了一种电流特征离合器失效检测系统，如图2所示，能够用于实现上述实施例中的电流特征离合器失效检测方法，具体的，包括控制器；

所述控制器的输入端连接信号输入模块，控制器的输出端分别连接处理器模块和人机交互模块；

信号输入模块的输入端连接数据采集装置的电压信号输出端；数据采集装置的电压信号输入端连接霍尔电流传感器的电压信号输出端；霍尔电流传感器的中心孔通过穿入被测电机的导线进行电流检测输出电压信号；

其中，信号输入模块，用于控制器的信号输入；处理器模块，用于在控制器内对所接收的数据进行预处理和算法计算；霍尔电流传感器，用于对被测电机的电流检测并输出电压信号；人机交互模块，用于显示控制器内处理的信号信息。

本发明再一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor、DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本发明实施例所述的处理器可以用于电流特征离合器失效检测方法的操作。

本发明再一个实施例中，本发明还提供了一种存储介质，具体为计算机可读存储介质(Memory)，所述计算机可读存储介质是计算机设备中的记忆设备，用于存放程序和数据。可以理解的是，此处的计算机可读存储介质既可以包括计算机设备中的内置存储介质，当然也可以包括计算机设备所支持的扩展存储介质。计算机可读存储介质提供存储空间，该存储空间存储了终端的操作系统。并且，在该存储空间中还存放了适于被处理器加载并执行的一条或一条以上的指令，这些指令可以是一个或一个以上的计算机程序(包括程序代码)。需要说明的是，此处的计算机可读存储介质可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。可由处理器加载并执行计算机可读存储介质中存放的一条或一条以上指令，以实现上述实施例中电流特征离合器失效检测方法的相应步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于电流特征的离合器失效检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在操动机构上选取被测储能电机；

步骤2，被测储能电机的导线穿过霍尔电流传感器的中心孔进行电流特征的波形检测，并输出电压信号；

步骤3，将步骤2中输出的电压信号通过数据采集装置进行数据采集，并输入至控制器内进行数据处理；

步骤4，通过数据处理获取操动机构上一次棘轮停止的位置，并通过操动机构上一次棘轮停止的位置判断离合器的制动效果；

通过数据处理的结果判断离合器制动效果的方法如下：

S1，采集原始数据，并对原始数据进行峰值点拟合、滤波、提取交流成分；

S2，并将所提取的交流成分上升沿转为方波，并记录有效方波数；

S3并通过波形拟合算法计算棘轮外露齿数，获取操动机构上一次棘轮停止的位置，通过停止位置来判断离合器的制动效果；

其中，棘轮外露齿数的计算公式如下：

N=(36·2-N₁)/2；

其中，N为棘轮外露齿数；N₁为有效方波数。

2.根据权利要求1所述的一种基于电流特征的离合器失效检测方法，其特征在于，步骤2中，霍尔电流传感器的电流采用-50A~50A，输出感应的电压为0V~10V。

3.根据权利要求1所述的一种基于电流特征的离合器失效检测方法，其特征在于，步骤3中，数据采集装置的电压输入端与霍尔电流传感器的电压输出端连接，其中数据采集装置的电压输入端的电压为0V~10V。

4.根据权利要求1所述的一种基于电流特征的离合器失效检测方法，其特征在于，步骤3中，数据采集装置内设有采集卡，电压信号输入至采集卡经采集卡的A/D模数转换后输入至控制器内。

5.一种基于电流特征的离合器失效检测系统，应用于权利要求1-4任一项所述的一种基于电流特征的离合器失效检测方法，其特征在于，包括控制器；

所述控制器的输入端连接信号输入模块，控制器的输出端分别连接处理器模块和人机交互模块；

信号输入模块的输入端连接数据采集装置的电压信号输出端；数据采集装置的电压信号输入端连接霍尔电流传感器的电压信号输出端；霍尔电流传感器的中心孔通过穿入被测储能电机的导线进行电流特征的波形检测，并输出电压信号；

6.根据权利要求5所述的一种基于电流特征的离合器失效检测系统，其特征在于，所述信号输入模块，用于控制器的信号输入；

所述处理器模块，用于在控制器内对所接收的数据进行预处理和算法计算；

所述霍尔电流传感器，用于对被测储能电机的电流特征的波形检测并输出电压信号；

所述人机交互模块，用于显示控制器内处理的信号信息。

7.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述基于电流特征的离合器失效检测方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述基于电流特征的离合器失效检测方法的步骤。