CN114754860A - 一种无线振动监测方法、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线振动监测方法、电子设备及存储介质，所述方法包括：在检测周期T1内，使用高采样率采集一组包含全部信号特征的短波形振动信号S，获取振动有效值VBrms和速度有效值Vrms，获取信号S的低频段、中频段和高频段对应的能量El、Em、Eh，分别与对应频段能量阈值Thl、Thm、Thh比较，并制定相应的采样策略；如果在检测周期T2内无故障报警，使用低采样率采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障，如果在检测周期T2内有一组或多组报警，则使用最大的报警采样频率采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障；本发明的优点在于：通过动态采样的方式避免一直采用最大采样率采样，有效降低系统功耗。
Description
技术领域
本发明涉及信号检测和无线通信领域，更具体涉及一种无线振动监测方法、电子设备及存储介质。
背景技术
传统上通过有线数据采集器对于旋转和往复运动设备的实时监测，例如中国专利公开号CN102589681A，公开的一种高可靠旋转设备状态监测的无线振动测量方法与装置，但是有线数据采集器存在施工成本高、信号衰减和干扰等问题。为解决该问题需要测量后立即通过无线方式将数据发送到接收器，无线数据采集器集成传感器、存储器和内嵌射频功能的处理器，采用电池供电。为减少维护更换电池频率，在满足采集性能和需求的前提下，整体功耗控制是产品重要的设计考量指标。通过研究发现无线数据采集器在硬件选型已经确定的情况下，采样工作策略是影响功耗的重要因素，目前现有技术主要使用定时触发采集工作方式。
传统定时触发采集采用固定采样频率和策略，为采集到全部信号特征，往往使用最大采样率工作，该技术在无线传输系统中的缺点是功耗太大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术旋转和往复运动设备的无线振动监测过程中采用固定采样频率和策略，为采集到全部信号特征，采用最大采样率采集信号，导致功耗太大的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种无线振动监测方法，所述方法包括：
在检测周期T1内，使用高采样率采集一组包含全部信号特征的短波形振动信号S，获取振动有效值VBrms和速度有效值Vrms，获取信号S的低频段、中频段和高频段对应的能量El、Em、Eh，分别与对应频段能量阈值Thl、Thm、Thh比较，如果对应频段的能量超过其对应的能量阈值，则采用对应频段的采样率进行采样，低频段、中频段和高频段分别对应低采样率、中采用率和高采样率；如果对应频段的能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，采用高采样率进行采样；
如果在检测周期T2内无故障报警，使用低采样率采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障，如果在检测周期T2内有一组或多组报警，则使用最大的报警采样频率采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障。
本发明根据信号特征，将信号S的低频段、中频段和高频段对应的能量El、Em、Eh，分别与对应频段能量阈值Thl、Thm、Thh比较，如果对应频段的能量超过其对应的能量阈值，则采用对应频段的采样率进行采样，如果对应频段的能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，采用高采样率进行采样，通过动态采样的方式避免一直采用最大采样率采样，有效降低系统功耗。
进一步地，所述方法还包括：使用时域幅值的定量分析获取振动有效值VBrms和速度有效值Vrms，使用频谱分析分别获取信号S的低频段、中频段和高频段对应的能量El、Em、Eh。
进一步地，所述低频段为0-800Hz，中频段为800-2KHz，高频段为>2KHz。
进一步地，所述如果对应频段的能量超过其对应的能量阈值，则采用对应频段的采样率进行采样，低频段、中频段和高频段分别对应低采样率、中采用率和高采样率，包括：
如果高频段能量Eh>Thh，则立即使用高采样率25.6KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障；
如果中频段能量Em>Thm，则立即使用中采样率12.8KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障；
如果低频段能量El>Thl，则立即使用低采样率6.4KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障。
更进一步地，所述如果对应频段的能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，采用高采样率进行采样，包括：
如果高频段能量、中频段能量和低频段能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，使用高采样率25.6KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障。
更进一步地，所述如果在检测周期T2内无故障报警，使用低采样率采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障，包括：
如果在检测周期T2内无故障报警，使用低采样率6.4KHz采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障。
进一步地，所述短波形振动信号至少需要包括3个旋转或往复周期。
进一步地，所述长波形振动信号至少需要包括300个旋转或往复周期。
本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序指令，所述处理器执行所述计算机程序指令时，实现上述所述的方法步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器调用和执行时实现上述所述的方法步骤。
本发明的优点在于：
(1)本发明根据信号特征，将信号S的低频段、中频段和高频段对应的能量El、Em、Eh，分别与对应频段能量阈值Thl、Thm、Thh比较，如果对应频段的能量超过其对应的能量阈值，则采用对应频段的采样率进行采样，如果对应频段的能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，采用高采样率进行采样，通过动态采样的方式避免一直采用最大采样率采样，有效降低系统功耗。
(2)为防止漏检和降低数据量，在检测周期T1基础上再加入一层检测周期T2，实现双重定时采样，防止长时间不报警导致漏报重要信息。
附图说明
图1为本发明实施例1所公开的一种无线振动监测方法所依赖的硬件电路原理图；
图2为本发明实施例1所公开的一种无线振动监测方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，为本发明提供的一种无线振动监测方法所依赖的硬件电路原理图，包括振动传感器(X传感器、Y传感器以及Z传感器，分别安装于设备的X、Y、Z轴方向)、射频模块、存储器、定时器以及处理器等，本发明的主要改进点在于方法，对于方法所依赖的电路结构属于比较常规的技术，在此不做过多赘述。通过对旋转往复运动的设备振动研究发现，对振动信号的时域幅值的定量分析可以判断设备是否发生故障以及故障的严重程度，对振动信号的频谱分析可以定位设备故障位置和故障类型；时域幅值的定量分析包括振动有效值和速度有效值，频谱分析主要是使用离散傅里叶变换将时域信号转换为频域信号进行分析。如图2所示，以下详细介绍方法过程：
在检测周期T1内，使用高采样率25.6KHz采集一组包含全部信号特征的短波形振动信号S，使用时域幅值的定量分析获取振动有效值VBrms和速度有效值Vrms，使用频谱分析分别获取信号S的低频段、中频段和高频段对应的能量El、Em、Eh，分别与对应频段能量阈值Thl、Thm、Thh比较，根据比较结果初步定位故障类型，并制定相应的采样策略；所述低频段为0-800Hz，中频段为800-2KHz，高频段为>2KHz。
如果高频段能量Eh>Thh，则立即使用高采样率25.6KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障；
如果中频段能量Em>Thm，则立即使用中采样率12.8KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障；
如果低频段能量El>Thl，则立即使用低采样率6.4KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障。
如果高频段能量、中频段能量和低频段能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，使用高采样率25.6KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障。
为防止长时间不报警导致漏报重要信息，需要在检测周期T1基础上再加入一层检测周期T2，如果在检测周期T2内无故障报警，使用低采样率6.4KHz采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障。如果在检测周期T2内有一组或多组报警，则使用最大的报警采样频率采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障。
所述短波形振动信号至少需要包括3个旋转或往复周期。为便于离散FFT运算，采样点数取最接近的2n(n取1，2，3...整数)。
所述长波形振动信号至少需要包括300个旋转或往复周期。为便于后续故障诊断算法的离散FFT运算，采样点数取最接近的2n(n取1，2，3...整数)。
不同类型的电机对应的信号采样率如下表所示，其中，1K＝1024个采样点。
通过表格数据横向对比，对短波形的预处理结果制定动态的采集策略可以有效降低采集、存储和传输的数据长度从而降低系统功耗，在系统性能与功耗之间找到较好的平衡点。
通过以上技术方案，本发明根据信号特征，将信号S的低频段、中频段和高频段对应的能量El、Em、Eh，分别与对应频段能量阈值Thl、Thm、Thh比较，如果对应频段的能量超过其对应的能量阈值，则采用对应频段的采样率进行采样，如果对应频段的能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，采用高采样率进行采样，通过动态采样的方式避免一直采用最大采样率采样，有效降低系统功耗。
实施例2
本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序指令，所述处理器执行所述计算机程序指令时，实现实施例1所述的方法步骤。
实施例3
本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器调用和执行时实现实施例1所述的方法步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种无线振动监测方法，其特征在于，所述方法包括：
在检测周期T1内，使用高采样率采集一组包含全部信号特征的短波形振动信号S，获取振动有效值VBrms和速度有效值Vrms，获取信号S的低频段、中频段和高频段对应的能量El、Em、Eh，分别与对应频段能量阈值Thl、Thm、Thh比较，如果对应频段的能量超过其对应的能量阈值，则采用对应频段的采样率进行采样，低频段、中频段和高频段分别对应低采样率、中采用率和高采样率；如果对应频段的能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，采用高采样率进行采样；
如果在检测周期T2内无故障报警，使用低采样率采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障，如果在检测周期T2内有一组或多组报警，则使用最大的报警采样频率采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障。
2.根据权利要求1所述的一种无线振动监测方法，其特征在于，所述方法还包括：使用时域幅值的定量分析获取振动有效值VBrms和速度有效值Vrms，使用频谱分析分别获取信号S的低频段、中频段和高频段对应的能量El、Em、Eh。
3.根据权利要求1所述的一种无线振动监测方法，其特征在于，所述低频段为0-800Hz，中频段为800-2KHz，高频段为>2KHz。
4.根据权利要求1所述的一种无线振动监测方法，其特征在于，所述如果对应频段的能量超过其对应的能量阈值，则采用对应频段的采样率进行采样，低频段、中频段和高频段分别对应低采样率、中采用率和高采样率，包括：
如果高频段能量Eh>Thh，则立即使用高采样率25.6KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障；
如果中频段能量Em>Thm，则立即使用中采样率12.8KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障；
如果低频段能量El>Thl，则立即使用低采样率6.4KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障。
5.根据权利要求4所述的一种无线振动监测方法，其特征在于，所述如果对应频段的能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，采用高采样率进行采样，包括：
如果高频段能量、中频段能量和低频段能量均未超过其对应的能量阈值，将信号S的振动有效值VBrms和速度有效值Vrms分别与振动阈值Thvb和速度阈值Thv比较，如果VBrms>Thvb或Vrms>Thv，使用高采样率25.6KHz采集一组长波形振动信号用于后续诊断故障。
6.根据权利要求5所述的一种无线振动监测方法，其特征在于，所述如果在检测周期T2内无故障报警，使用低采样率采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障，包括：
如果在检测周期T2内无故障报警，使用低采样率6.4KHz采集一组长波形振动信号用于状态监测和诊断故障。
7.根据权利要求1所述的一种无线振动监测方法，其特征在于，所述短波形振动信号至少需要包括3个旋转或往复周期。
8.根据权利要求1所述的一种无线振动监测方法，其特征在于，所述长波形振动信号至少需要包括300个旋转或往复周期。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序指令，所述处理器执行所述计算机程序指令时，实现权利要求1-8任一项所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器调用和执行时实现权利要求1-8任一项所述的方法步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |