CN116609033B - 一种光电保护器的故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电保护器探测技术领域，具体涉及一种光电保护器的故障诊断方法。该方法首先获取光电保护器采集到的红外光的红外信号；根据每条红外光的红外信号的波动程度确定噪声影响程度；根据不同红外光之间的红外信号和噪声影响程度的差异，确定衰减程度；基于衰减程度对红外信号矫正，得到矫正信号；结合环境光影响因子、红外信号的波动情况和矫正信号确定每条红外光的滤波权重；对滤波权重迭代更新，并更新矫正信号；根据不同红外光更新后的矫正信号得到信号误差；根据信号误差确定最佳滤波权重，进而对光电保护器进行故障判断。本发明提高了对红外信号的滤波效果和稳定性，提高了对光电保护器的故障诊断的准确性。

Description

一种光电保护器的故障诊断方法

技术领域

本发明涉及光电保护器探测技术领域，具体涉及一种光电保护器的故障诊断方法。

背景技术

光电保护器是一种常用于机械设备安全保护的传感器，它可以通过光电反射或透射来检测物体的存在并发出安全信号。光电保护器通常由光电源、接收器和控制器三部分组成，光电保护器的作业原理是：发光器发出红外光线，受光器对应接收，形成维护光幕，受光器监控光幕的通断情况，当有物体或人通过光幕时，会挡住相应的光线，受光器把光幕的通断信号通过内部电路处理，直接输出低电平或高电平，其中低电平为通光时，高电平为挡光时，通过传输线接到PLC或者报警设备，使当运转中具有潜在风险的设备时进行中止或者进行安全报警等，以保证维护设备和操作员的人身安全。然而在实际应用中，由于各种干扰因素，如环境噪声、电磁干扰等，会导致红外信号出现噪声，当环境光照射在红外光接收器上时，会产生引入噪声的电流，这些噪声干扰信号会导致红外光信号接收器的输出不稳定，并且会降低信号的信噪比，因此在信号处理过程中需要进行去噪。

目前，常见的对信号处理过程进行去噪的方法为通过自适应滤波器对红外光信号进行去噪，自适应滤波器是一种能够自动调节滤波器参数的方法，可以根据信号的特性来改变滤波器的响应，自适应滤波器在信号去噪方面具有很好的效果。自适应滤波器滤波的核心思想是根据输入信号和期望输出信号之间的误差来更新滤波器的系数，从而不断优化自适应滤波器的性能。但是由于输入信号和输出信号之间会存在其他影响因素的干扰，比如光噪声的干扰，进而导致输入信号和期望输出信号之间的差异过大，使对应的更新滤波器的系数时，出现自适应滤波器中的滤波系数的选取不当的情况，其会导致出现滤波的准确性不稳定的情况。

发明内容

为了解决滤波的准确性不稳定的技术问题，本发明的目的在于提供一种光电保护器的故障诊断方法，所采用的技术方案具体如下：

获取光电保护器的红外光的红外信号；

根据每条红外光的不同时刻的红外信号的波动程度确定每条红外光的噪声影响程度；根据不同红外光之间的红外信号的差异和噪声影响程度的差异，确定光电保护器的衰减程度；

基于衰减程度对红外信号进行矫正，得到矫正信号；结合环境光影响因子、红外信号的波动情况和矫正信号确定每条红外光的滤波权重；

对滤波权重进行迭代更新，并更新矫正信号；根据不同红外光更新后的矫正信号，得到滤波后的信号误差；根据信号误差确定最佳滤波权重；基于最佳滤波权重对应的矫正信号，对光电保护器进行故障判断。

优选的，所述根据每条红外光的不同时刻的红外信号的波动程度确定每条红外光的噪声影响程度，包括：

选取任意红外光作为目标红外光，选取目标红外光对应的任意时刻的红外信号作为目标红外信号；

计算目标红外光对应的所有红外信号的平均值，作为目标红外光对应的第一均值；计算目标红外信号和第一均值的差值的平方，作为目标红外信号对应的第一平方差；将目标红外光对应的所有红外信号对应的第一平方差的均值，作为目标红外光的平方差均值；

对目标红外光的第一均值进行负相关映射，得到目标红外光的映射均值；根据目标红外光的平方差均值与映射均值得到目标红外光的噪声影响程度；所述平方差均值与映射均值均与噪声影响程度呈正相关关系。

优选的，所述根据不同红外光之间的红外信号的差异和噪声影响程度的差异，确定光电保护器的衰减程度，包括：

计算前一条红外光的当前时刻的红外信号和后一条红外光的当前时刻的红外信号的差值的绝对值，作为前一条红外光的当前时刻的第一绝对值；将每条红外光对应的所有时刻的第一绝对值的均值，作为每条红外光的绝对值均值；

计算光电保护器的前一条红外光的噪声影响程度和后一条红外光的噪声影响程度的差值的绝对值，作为前一条红外光的第二绝对值；

将所有红外光的绝对值均值和第二绝对值的乘积的均值作为光电保护器的衰减程度。

优选的，所述基于衰减程度对红外信号进行矫正，得到矫正信号，包括：

选取任意红外光作为目标红外光，选取目标红外光对应的任意时刻的红外信号作为目标红外信号；

将目标红外信号和对应的后一时刻的红外信号的均值，作为目标红外信号的第二均值；将目标红外光对应的序号、光电保护器的衰减程度和预设初始环境光影响因子的乘积作为调节信号；将目标红外信号的第二均值和调节信号的和值作为目标红外信号的矫正信号。

优选的，所述环境光影响因子的获取方法为：

根据每条红外光的矫正后的矫正信号的均值和光电保护器的发射器发射的初始红外信号，更新每条红外光对应的环境光影响因子；其中，矫正后的矫正信号的均值与环境光影响因子呈正比关系，发射器发射的初始红外信号与环境光影响因子呈反比关系。

优选的，所述结合环境光影响因子、红外信号的波动情况和矫正信号确定每条红外光的滤波权重，包括：

选取任意红外光作为目标红外光；获取目标红外光对应的红外信号的方差，将目标红外光对应的红外信号的方差和目标红外光对应的下一条红外光对应的红外信号的方差的差异作为目标红外光的波动差异；

将目标红外光的环境光影响因子和目标红外光的下一条红外光的环境光影响因子的差异作为目标红外光的影响差异；

计算目标红外光的矫正信号的均值，作为目标红外光的矫正均值，将目标红外光所有时刻对应的矫正信号和目标红外光的矫正均值的差异的均值，作为目标红外光的信号差异；

根据目标红外光的波动差异、影响差异和信号差异确定目标红外光的滤波权重；其中，波动差异和信号差异均与滤波权重呈正相关关系，影响差异与滤波权重呈负相关关系。

优选的，所述滤波权重的迭代公式为：

其中，为第m+1次迭代后的滤波权重；/>表示第m次迭代的滤波权重；/>为滤波权重的收敛因子；e(m)为信号误差；/>为第l条红外光第m次迭代输出的矫正信号。

优选的，所述根据不同红外光更新后的矫正信号，得到滤波后的信号误差，包括：

选取任意次迭代更新作为目标次迭代，选取任意红外光作为目标红外光；将目标次迭代更新后输出的第一条红外光的矫正信号的平均值，作为迭代均值；将目标红外光的所有时刻的矫正信号和迭代均值的差异的均值，作为目标次迭代所对应的滤波后的信号误差。

优选的，所述根据信号误差确定最佳滤波权重，包括：

将每次迭代更新的信号误差的平均值作为停止因子，当停止因子小于预设停止阈值时，停止滤波权重的迭代更新，将停止滤波权重的迭代更新时的信号误差所对应的滤波权重作为最佳滤波权重。

优选的，所述基于最佳滤波权重对应的矫正信号，对光电保护器进行故障判断，包括：

将得到的最佳滤波权重对应的矫正信号通过数据线传输到数据控制单元中，若最佳滤波权重对应的矫正信号和光电保护器的发射器发射的初始红外信号的差异大于预设判断阈值，则认为光电保护器出现故障。

本发明实施例至少具有如下有益效果：

在对光电保护器进行故障诊断时，因为产生的红外光信号会受到环境光的干扰，因此需要对红外光信号进行去噪。本发明是通过自适应滤波算法来对红外光信号进行去噪，首先根据红外光的红外信号的波动情况来获取初始权重，该初始权重也即噪声影响程度。进一步的，分析不同红外光之间的差异来对红外信号进行矫正，该矫正也可以称为对红外信号进行迭代更新，直至得到最佳滤波权重的矫正信号，该最佳滤波权重的矫正信号能够达到较好的去噪效果。该方法能够对受到不同环境光影响的红外信号进行均匀的去噪，使得去噪后的各红外信号不会因为信号间的差异较大，导致光电保护器采集到的红外信号失真，提高了对红外信号的滤波效果和稳定性，提高了对光电保护器的故障诊断的准确性，从而能够准确的监测在机械运转过程中可能出现的突发危险事故。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明一个实施例所提供的一种光电保护器的故障诊断方法的方法流程图。

具体实施方式

为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种光电保护器的故障诊断方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。

本发明实施例提供了一种光电保护器的故障诊断方法的具体实施方法，该方法适用于光电保护器的故障诊断场景。该场景下由光电保护器的发光器发出红外光线，由受光器对应接收红外光线，形成光幕。为了解决由于输入信号和输出信号之间会存在其他影响因素的干扰，比如光噪声的干扰，进而导致输入信号和期望输出信号之间的差异过大，使对应的更新滤波器的系数时，出现自适应滤波器中的滤波系数的选取不当的情况，其会导致出现滤波的准确性不稳定的问题。本发明通过自适应滤波算法来对红外光信号进行去噪，根据红外光的红外信号的波动情况来获取噪声影响程度，分析不同红外光之间的差异来对红外信号进行矫正，直至得到最佳滤波权重的矫正信号，并基于最佳滤波权重对应的矫正信号，对光电保护器进行故障判断。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种光电保护器的故障诊断方法的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种光电保护器的故障诊断方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：

步骤S100，获取光电保护器的红外光的红外信号。

本发明的主要目的是为了对光电保护器的红外信号进行去噪，因此首先需要获取光电保护器的红外信号。因为光电保护器的工作原理是由发光器发出红外光线，由受光器对应接收红外光线，形成光幕，受光器监控光幕的通断情况，当有物体或人通过光幕时，会挡住相应的光线，受光器将把光幕的通断信号通过内部电路处理，因此直接通过控制系统获取受光器应获得的红外信号，设定当受光器接收到红外信号时，也即为通光时，其为低电平，将其对应的红外信号设定为0；当受光器未接收到红外信号时，也即为挡光时，其输出的为高电平，将其对应的红外信号设定为1。然后对获取的红外信号进行插值处理，因为在获取红外信号时会因为受光器的原因丢失个别数据点。需要说明的是，数据插值算法为现有公知技术，在此不再进行赘述。

步骤S200，根据每条红外光的不同时刻的红外信号的波动程度确定每条红外光的噪声影响程度；根据不同红外光之间的红外信号的差异和噪声影响程度的差异，确定光电保护器的衰减程度。

本发明的主要目的是为了对红外信号进行滤波去噪处理。当光电保护器在工作时，环境光照强度会影响受光器对红外光线的接收，因为环境光中包含紫外光、红外光等一些不可见光，而当环境光较强时，环境光中的红外光会影响受光器接收发光器发射的红外光，那么会导致在光电保护器无法监测到机械设备的操作人员可能存在的危险动作，不能起到保护的作用。而环境光对于发光器发射的红外光而言即为噪声信号，因此需要对受光器接收到的红外信号进行去噪处理，从而保证接收到的红外光是由发光器发出的。

假设在没有环境光影响时，受光器接收到的红外光全部是由发光器发出的，当光电保护器没有受到物体的遮挡等情况，形成的光幕则是连续均匀的，当光电保护器的发光器与受光器之间存在物体遮挡时，部分红外光被遮挡，那么受光器接收到的红外光就会出现一定的损失，因此受光器的信号处理单元会根据红外光的损失产生相应的高电平电位，进而通过信号传输系统传输到控制系统中，控制设备停止运行或发出警报。

但是当环境光较强时，一是环境光照射在红外光接收器上时，它会产生引入噪声的电流，这些噪声会干扰信号，导致红外光信号受光器的输出不稳定，会降低信号的信噪比。二是当环境光照射在红外光发光器和受光器之间的空气中时，它会被散射、吸收或反射，从而使得红外光能量损失较大，导致照射距离会受到限制，甚至无法达到预期的照射距离，使得受光器在接收发光器发射的红外光时，会出现红外光的损失，无法将基态的低电平激发为高电平，使得控制系统不能做出相应的反应，从而无法起到保护作用。

在对获得的光电保护器的红外信号进行去噪时，原始的信号存在两种情况的干扰，一种是环境光中的红外光照射到受光器内形成的干扰噪声，另一种是环境光导致发光器的红外光出现较大的损失。那么在对红外信号进行去噪时就需要对出现损失的红外信号进行矫正，并且去除红外信号上的噪声信号。

因为光电保护器内部的光源和受光器是一一对应的，每个光源都有一个相应的接收器来接收其发射的光线。在工作时，光电保护器通过控制光源的开关状态来发出光线，并检测对应受光器所接收到的光线信号。因为环境光对不同光源的影响程度是不一样的，其原因是因为环境光与各束光源的角度不同，那么光在发生反射时的反射程度是不一样的，因此造成每个接收器所接收到的红外光强度不同。

常见的光电保护器形成的光幕以边等间距安装有多个红外发射管，另一边相应的有相同数量同样排列的红外接收管，每一个红外发射管都对应有一个相应的红外接收管，且安装在同一条直线上，在本发明实施例中将安装有红外发射管的一端称为发光器，在安装有红外接收管的一端称为受光器。发光器中每个红外发射管在受光器中均有对应的红外接收管，每个红外发射管发射出一条红外光，光幕由多条红外光组成，每条红外光对应一个红外信号，故光电保护器对应的有多条红外信号。

在通过自适应滤波对红外信号进行去噪时，首先需要获得自适应滤波器的初始权重，初始权重时根据红外信号的原始变化来确定，因此首先根据原始的红外信号来确定初始权重。

根据每条红外光的不同时刻的红外信号的波动程度确定每条红外光的噪声影响程度，将该噪声影响程度确定为初始权重，具体的：

选取任意红外光作为目标红外光，选取目标红外光对应的任意时刻的红外信号作为目标红外信号；计算目标红外光对应的所有红外信号的平均值，作为目标红外光的第一均值；计算目标红外信号和第一均值的差值的平方，作为目标红外信号的第一平方差；将目标红外光对应的所有红外信号对应的第一平方差的均值，作为目标红外光的平方差均值；对目标红外光的第一均值进行负相关映射，得到目标红外光的映射均值；根据目标红外光的平方差均值与映射均值得到目标红外光的噪声影响程度，所述平方差均值与映射均值均与噪声影响程度呈正相关关系。在本发明实施例中将目标红外光的平均差均值与映射均值的乘积归一化值作为目标红外光的噪声影响程度，在其他实施例中还可以将目标红外光的平均差均值与映射均值的和值归一化值作为目标红外光的噪声影响程度。

以第l条红外光作为目标红外光，以第l条红外光的第i个时刻的红外信号作为目标红外信号为例，该噪声影响程度的计算公式为：

其中，为第l条红外光的噪声影响程度，也即目标红外光的噪声影响程度；/>为第l条红外光对应红外信号的平均值，也即目标红外光的第一均值；n为第l条红外光对应红外信号的总数量；/>为第l条红外光对应第i个时刻的红外信号，也即目标红外信号；e为自然常数；norm为归一化函数；/>为目标红外光的映射均值；/>为第l条红外光对应第i个时刻的红外信号的第一平常差；/>为第l条红外光对应的所有红外信号对应的第一平方差的均值，也即目标红外光的平方差均值。

其中，表示第/>条红外光第/>个时刻的红外信号与第l条红外光对应红外信号的平均值的差异，并通过对差异/>求平方，以实现将差异扩大。/>表示红外信号的平均变化程度，其表示受到噪声的影响大小。对平均值/>进行负相关归一化，是为了反映红外信号的整体情况。在受到较强环境光影响时，接收到的红外信号会出现较大程度的损失，因此这里乘上受到噪声影响后的负相关归一化后的平均值其反映了信号的损失程度，当平均幅值越小，对应的负相关归一化后的平均值/>越大，则对应的红外光的红外信号的损失程度越大。

在对红外光的红外信号的噪声进行评价时，是根据红外信号的整体的数据变化进行计算的，因此设置的初始权重即为上述计算得到的噪声影响程度。然后再根据获得的红外信号的变化来对权重进行更新。

上述获得的噪声影响程度是根据采集的红外信号的波动程度计算得到的，但是因为受光器接收到的发光器的红外信号出现了损失，因此仅通过噪声影响程度来进行信号去噪是不准确的，因此需要进一步的根据噪声的影响程度来对信号产生的损失进行矫正。

在采集信号时，需要获取受光器中每一个接收光源信号装置的红外信号数据，然后根据每一个红外信号数据的变化来获得不同红外信号的损失。因为不同的接收器接收到的红外信号其噪声的影响程度是不相同的，因此根据各光源的信号之间的差异来获得红外光信号在不同的环境光影响下的衰减程度。

根据不同红外光之间的红外信号的差异和噪声影响程度的差异，确定光电保护器的衰减程度，具体的：

计算前一条红外光的当前时刻的红外信号和后一条红外光的当前时刻的红外信号的差值的绝对值，作为前一条红外光的当前时刻的第一绝对值；将每条红外光对应的所有时刻的第一绝对值的均值，作为每条红外光的绝对值均值；计算光电保护器的前一条红外光的噪声影响程度和后一条红外光的噪声影响程度的差值的绝对值，作为前一条红外光的第二绝对值；将所有红外光的绝对值均值和第二绝对值的乘积的均值作为光电保护器的衰减程度。

以第i个时刻为当前时刻为例，该光电保护器的衰减程度的计算公式为：

其中，S为光电保护器的衰减程度；为第l条红外光的第i个时刻红外信号；/>为第l+1条红外光的第i个时刻红外信号；n为第l条红外光对应红外信号的总数量；L为光电保护器接发的红外光的总数量；/>为第l条红外光的噪声影响程度；/>为第l+1条红外光的噪声影响程度；/>为第l条红外光的第i个时刻的第一绝对值；/>为第l条红外光的绝对值均值；/>为第l条红外光的第二绝对值。

其中，表示相邻两个红外光中第i个时刻的红外信号的差值，其反映在相同的时间节点下受到环境光影响时红外信号的衰减量。/>表示第l条红外光的红外信号与第l+1条红外光的红外信号的幅值差异。/>表示第l条红外光与第l+1条红外光的噪声影响程度的差异，因为在计算噪声影响程度时是根据当前红外光的红外信号的平均值与红外信号的波动程度来进行表示的，因此用两条红外光的噪声影响程度相减，一是为了表示红外光的红外信号的差异，二是为了表示红外光的红外信号的波动程度的差异。然后再求所有红外光之间的差异，即可获得光电保护器的不同红外光之间的衰减程度。当两个红外光的红外信号的差异越大，则对应的光电保护器的衰减程度越大；当两个红外光的噪声影响程度的差异越大，则对应的光电保护器的衰减程度越大。

步骤S300，基于衰减程度对红外信号进行矫正，得到矫正信号；结合环境光影响因子、红外信号的波动情况和矫正信号确定每条红外光的滤波权重。

基于得到的衰减程度，对每条红外光的红外信号进行矫正，也即对每条红外光的红外信号进行去噪，在这里使用均值滤波算法进行去噪。也即基于衰减程度对红外信号进行矫正，得到矫正信号，具体的：

选取任意红外光作为目标红外光，选取目标红外光对应的任意时刻的红外信号作为目标红外信号；将目标红外信号和对应的后一时刻的红外信号的均值，作为目标红外信号的第二均值；将目标红外光对应的序号、光电保护器的衰减程度和预设初始环境光影响因子的乘积作为调节信号；将目标红外信号的第二均值和调节信号的和值作为目标红外信号的矫正信号。需要说明的是，按照从上到下的顺序对红外光进行排序，即光电保护器所形成的光幕的最上面的红外光即为第1条红外光，其对应的序号即为1。

以第l条红外光作为目标红外光，以第l条红外光的第i个时刻的红外信号作为目标红外信号为例，该矫正信号的计算公式为：

其中，表示第l条红外光的第i个时刻的矫正信号，也即为目标红外光的目标红外信号的矫正信号；l为红外光对应的序号，/>为预设初始环境光影响因子；S为光电保护器的衰减程度；/>为第l条红外光的第i个时刻红外信号，也即为目标红外光的目标红外信号；为第l条红外光的第i+1个时刻红外信号，也即为目标红外信号对应的后一时刻的红外信号；/>为第l条红外光的第i个时刻和第i+1时刻的红外信号的均值，也即为目标红外光的目标红外信号的第二均值；/>为调节信号。在本发明实施例中初始环境光影响因子取经验值，预设初始环境光影响因子的取值为0.1，在其他实施例中由实施者可根据实际情况调整该取值。

其中，环境光影响因子反映了环境光影响因素，就是因为有该环境光影响因素的存在才会导致红外信号出现损失。表示第l条红外光的第i个时刻的红外信号与第i+1时刻的红外信号的均值。通过结合衰减程度和与当前时刻相邻的红外信号，实现对红外信号的矫正，得到矫正信号。衰减程度越大，则对红外信号需要矫正的程度越大，故对应的矫正信号越大，衰减程度和矫正信号呈正比关系。

在上述计算过程中，因为存在环境影响因子，因此需要根据不同信号的变化来确定环境影响因子的大小。因为不同红外信号出现不同程度的变化的原因是因为环境光与各发射器发射的红外光之间的角度不同，则其接收器接收到的红外信号的强度表达式为：

受环境光影响后的影响红外信号的计算公式为：

其中，F为红外光的红外信号在受到环境光影响后接收器所接收到的影响红外信号，为红外光的初始红外信号；b为噪声信号的大小；表示因为环境光中存在红外光，接收器会接收一部分的红外光，即是存在的噪声信号；/>为红外光的环境光影响因子。在本发明实施例中噪声信号的大小取经验值，其取值为5，在其他实施例中由实施者根据具体的实际情况调整该取值。

其中，初始红外信号，即发射器发射出来的红外信号的强度。噪声信号是因为环境光中存在红外光，接收器会接收一部分的红外光，即是存在的噪声信号。当噪声信号越大，则反映环境的噪声信号中的红外光越大，则红外信号收到噪声影响的程度越大，则对应的受环境光影响后的影响红外信号会越大；同时，红外光的环境光影响因子越大则受环境光影响后的影响红外信号会越大。

在本发明实施例中将得到的矫正信号作为受到环境光影响后接收器所接收到的影响红外信号；即将发射器发射出的红外信号作为红外光的初始红外信号。

因为发射器发射出来的红外信号的强度是相同的，对每条红外光的初始红外信号和矫正信号进行分析，可得到每条红外光的红外信号受环境影响的影响因子的大小。

该环境光影响因子的获取方法为：根据每条红外光的矫正后的矫正信号的均值和光电保护器的发射器发射的初始红外信号，更新每条红外光对应的环境光影响因子；其中，矫正后的矫正信号的均值与环境光影响因子呈正比关系，发射器发射的初始红外信号与环境光影响因子呈反比关系。

该环境光影响因子的计算公式为：

其中，为第l条红外光的环境光影响因子；/>表示第l条红外光的矫正信号的平均值；/>为第l条红外光的初始红外信号；b为噪声信号的大小。

需要说明的是，该环境光影响因子由红外光的红外信号在受到环境光影响后接收器所接收到的影响红外信号的计算公式转变而来，在此不再进行赘述。

因为环境光会使得红外信号出现损失，还会加入一定程度的红外噪声，并且环境光越强，红外信号的损失越大，加入的噪声信号也会越大，那么就说明与/>是呈现正相关关系的，而噪声信号的大小b与每一条红外信号的噪声影响程度/>都是描述信号受到噪声影响程度的大小，因此第l条红外光的环境光影响因子/>与第l条红外光的噪声影响程度/>是呈现正相关关系的，则根据/>来对/>进行矫正，即是对滤波权重进行迭代。

具体的利用环境光影响因子对滤波权重进行迭代的过程为，结合环境光影响因子、红外信号的波动情况和矫正信号确定每条红外光的滤波权重，具体的：

选取任意红外光作为目标红外光；获取目标红外光对应的红外信号的方差，将目标红外光对应的红外信号的方差和目标红外光对应写下一条红外光对应的红外信号的方差的差异作为目标红外光的波动差异；将目标红外光的环境光影响因子和下一条红外光的环境光影响因子的差异作为目标红外光的影响差异；计算目标红外光的矫正信号的均值，作为目标红外光的矫正均值，将目标红外光所有时刻对应的矫正信号和目标红外光的矫正均值的差异的均值，作为目标红外光的信号差异；根据目标红外光的波动差异、影响差异和信号差异确定目标红外光的滤波权重；其中，波动差异和信号差异均与滤波权重呈正相关关系，影响差异与滤波权重呈负相关关系。在本发明实施例中，计算波动差异和影响差异的比值，将该比值和信号差异的乘积作为滤波权重。

以第l条红外光作为目标红外光为例，该滤波权重的计算公式为：

其中，为第l条红外光的第一次矫正后的滤波权重，也即目标红外光的滤波权重；/>为第l条红外光的红外信号的方差，也即目标红外光对应的红外信号的方差；/>为第l+1条红外光的红外信号的方差，也即目标红外光对应的下一条红外光对应的红外信号的方差；/>为第l条红外光的环境光影响因子，也即目标红外光的环境光影响因子；/>为第l+1条红外光的环境光影响因子，也即目标红外光的下一条红外光的环境光影响因子；/>为第l条红外光对应的红外信号的数量，也可以说是采集时刻的数量；/>为第l条红外光的第i个时刻的矫正信号，也即目标红外光的第i个时刻的矫正信号；/>为第l条红外光的矫正信号的均值，也即目标红外光的矫正均值；/>为第l条红外光的波动差异，也即目标红外光的波动差异；/>为第l条红外光的影响差异，也即目标红外光的影响差异；/>为第l条红外光的信号差异，也即为目标红外光的信号差异。

其中，表示两条相邻的红外光的红外信号初次去噪后信号的波动情况的差异，因为在对每一条红外光的红外信号进行去噪时，都是将其还原到受到较小环境光影响的信号变化，因此根据相邻红外光的红外信号之间变化来进行还原，该波动差异和滤波权重呈正相关关系。/>表示两条相邻的红外光的红外信号的环境光影响因子的差值，其表示在受到环境影响因子时数据的变化程度，该影响差异和滤波权重呈负相关关系。然后再乘以该条红外光的红外信号去噪后的矫正信号的数据变化程度，即表示此时噪声的影响程度，即是滤波权重，同样的，信号差异和滤波权重也呈正相关关系。

步骤S400，对滤波权重进行迭代更新，并更新矫正信号；根据不同红外光更新后的矫正信号，得到滤波后的信号误差；根据信号误差确定最佳滤波权重；基于最佳滤波权重对应的矫正信号，对光电保护器进行故障判断。

然后根据获得滤波权重再对信号进行去噪，每一次去噪后都会获得相应的输出信号，一直进行迭代，对滤波权重进行更新。该滤波权重的迭代公式为：

其中，为第m+1次迭代后的滤波权重；/>表示第m次迭代的滤波权重；/>为滤波权重的收敛因子，也可以称为收敛速度；e(m)为信号误差；/>为第l条红外光第m次迭代输出的矫正信号。需要说明的是，对滤波权重进行迭代更新的具体过程，是自适应滤波器更新算法中现有技术，在此不再进行赘述。在本发明实施例中滤波权重的收敛因子为1，在其他实施例中由实施者根据实际情况调整该取值。

通过上式可以看出，影响滤波权重除了每一次对信号噪声的评价，还需要来评价每次去噪后信号之间的相关性。因此根据每一次去噪后的信号来获得滤波权重的信号误差。

根据不同红外光更新后的矫正信号，得到滤波后的信号误差，具体的：选取任意次迭代更新作为目标次迭代，选取任意红外光作为目标红外光；将目标次迭代更新后输出的第一条红外光的矫正信号的平均值，作为迭代均值；将目标红外光的所有时刻的矫正信号和迭代均值的差异的均值，作为目标次迭代所对应的滤波后的信号误差。

以第m次迭代更新作为目标次迭代，以第l条红外光作为目标红外光为例，信号误差的计算公式为：

其中，为第m次迭代更新后的信号误差，也即为第m次迭代所对应的滤波后的信号误差，也即为目标次迭代所对应的滤波后的信号误差；/>为第m次迭代更新后输出的第/>条红外光第i个时刻的矫正信号，也即为目标次迭代的目标红外光第i个时刻的矫正信号；/>为第m次迭代后输出的第1条红外光的矫正信号的平均值；也即为迭代均值。为第l条红外光中的矫正信号与第/>条矫正信号的差异，也即为目标红外光中的矫正信号与第1条矫正信号的差异。

因为在进行矫正去噪时，第一条红外光的红外信号受到的噪声相对于其他信号时最小的，并且第一条红外光的红外信号也处于一直迭代矫正去噪的过程中，因此以第一条红外信号为参考，计算其他信号与第一条信号之间的差异，进而用来反映信号误差。

根据上述计算获得一直处于迭代更新的滤波权重，当所有的红外信号都不再受到噪声影响时，即停止迭代，也即是当时，停止迭代。故根据信号误差确定最佳滤波权重，具体的：将每次迭代更新的信号误差的平均值作为停止因子，当停止因子小于预设停止阈值时，停止滤波权重的迭代，将停止滤波权重的迭代更新时的信号误差所对应的滤波权重作为最佳滤波权重。需要说明的是，对滤波权重进行迭代更新时，对应的基于迭代更新后的滤波权重对红外信号进行滤波，会得到对应的最佳的矫正信号，进而根据矫正信号获取滤波后的信号误差，也即每更新一次滤波权重，对应的就会更新一次矫正信号，对应的也就会更新一次滤波后的信号误差。在本发明实施例中预设停止阈值取经验值，其取值为0.13，在其他实施例中可由实施者根据实际情况进行调整。即停止迭代更新时，自适应滤波器所输出的矫正信号即为受噪声干扰最小的红外信号。停止因子也可以称为迭代的停止条件。/>

该停止因子的计算公式为：

其中，M为停止因子；a为红外光的数量；表示第m次迭代后的信号误差。

即当停止因子M<0.13时，即停止迭代，此时输出的红外信号即是受噪声干扰最小的红外信号。

根据信号误差得到最佳滤波权重，该最佳滤波权重对应的矫正信号也即为最佳的矫正信号，也即为最佳的红外信号。进一步的，根据最佳的矫正信号对光电保护器进行故障判断，也即基于最佳滤波权重对应的矫正信号，对光电保护器进行故障判断，具体的：将得到的最佳滤波权重对应的矫正信号通过数据线传输到数据控制单元中，若最佳滤波权重对应的矫正信号发生较大变化，也即得到的最佳滤波权重对应的正信号通过数据线传输到数据控制单元中，若最佳滤波权重对应的矫正信号和光电保护器的发射器发射的初始红外信号的差异大于预设判断阈值，则反映机械设备在运转的过程中可能存在危险操作，则认为光电保护器出现故障，输出高电平控制机械设备停止运转。在本发明实施例中预设判断阈值的取值为1，在其他实施例中由实施者根据实际情况调整该取值，例如当实施者需要对故障判断的极为精确时，可以调小该预设判断阈值，或者直接将预设判断阈值设置为0，当实施者不需要对故障判断的较为精确时，可以适当调大该预设判断阈值。

综上所述，本发明涉及光电保护器探测技术领域，通过自适应滤波算法来对红外光信号进行去噪，根据红外光的红外信号的波动情况来获取初始权重，该初始权重也即噪声影响程度，分析不同红外光之间的差异来对红外信号进行矫正，直至得到最佳滤波权重的矫正信号，并基于最佳滤波权重对应的矫正信号，对光电保护器进行故障判断。

需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

Claims (5)

1.一种光电保护器的故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

获取光电保护器的红外光的红外信号；

根据每条红外光的不同时刻的红外信号的波动程度确定每条红外光的噪声影响程度；根据不同红外光之间的红外信号的差异和噪声影响程度的差异，确定光电保护器的衰减程度；

基于衰减程度对红外信号进行矫正，得到矫正信号；结合环境光影响因子、红外信号的波动情况和矫正信号确定每条红外光的滤波权重；

对滤波权重进行迭代更新，并更新矫正信号；根据不同红外光更新后的矫正信号，得到滤波后的信号误差；根据信号误差确定最佳滤波权重；基于最佳滤波权重对应的矫正信号，对光电保护器进行故障判断；

其中，根据每条红外光的不同时刻的红外信号的波动程度确定每条红外光的噪声影响程度，包括：

选取任意红外光作为目标红外光，选取目标红外光对应的任意时刻的红外信号作为目标红外信号；

计算目标红外光对应的所有红外信号的平均值，作为目标红外光对应的第一均值；计算目标红外信号和第一均值的差值的平方，作为目标红外信号对应的第一平方差；将目标红外光对应的所有红外信号对应的第一平方差的均值，作为目标红外光的平方差均值；

对目标红外光的第一均值进行负相关映射，得到目标红外光的映射均值；根据目标红外光的平方差均值与映射均值得到目标红外光的噪声影响程度；所述平方差均值与映射均值均与噪声影响程度呈正相关关系；

其中，根据不同红外光之间的红外信号的差异和噪声影响程度的差异，确定光电保护器的衰减程度，包括：

计算前一条红外光的当前时刻的红外信号和后一条红外光的当前时刻的红外信号的差值的绝对值，作为前一条红外光的当前时刻的第一绝对值；将每条红外光对应的所有时刻的第一绝对值的均值，作为每条红外光的绝对值均值；

计算光电保护器的前一条红外光的噪声影响程度和后一条红外光的噪声影响程度的差值的绝对值，作为前一条红外光的第二绝对值；

将所有红外光的绝对值均值和第二绝对值的乘积的均值作为光电保护器的衰减程度；

其中，基于衰减程度对红外信号进行矫正，得到矫正信号，包括：

选取任意红外光作为目标红外光，选取目标红外光对应的任意时刻的红外信号作为目标红外信号；

将目标红外信号和对应的后一时刻的红外信号的均值，作为目标红外信号的第二均值；将目标红外光对应的序号、光电保护器的衰减程度和预设初始环境光影响因子的乘积作为调节信号；将目标红外信号的第二均值和调节信号的和值作为目标红外信号的矫正信号；

其中，结合环境光影响因子、红外信号的波动情况和矫正信号确定每条红外光的滤波权重，包括：

选取任意红外光作为目标红外光；获取目标红外光对应的红外信号的方差，将目标红外光对应的红外信号的方差和目标红外光对应的下一条红外光对应的红外信号的方差的差异作为目标红外光的波动差异；

将目标红外光的环境光影响因子和目标红外光的下一条红外光的环境光影响因子的差异作为目标红外光的影响差异；

计算目标红外光的矫正信号的均值，作为目标红外光的矫正均值，将目标红外光所有时刻对应的矫正信号和目标红外光的矫正均值的差异的均值，作为目标红外光的信号差异；

根据目标红外光的波动差异、影响差异和信号差异确定目标红外光的滤波权重；其中，波动差异和信号差异均与滤波权重呈正相关关系，影响差异与滤波权重呈负相关关系；

其中，根据不同红外光更新后的矫正信号，得到滤波后的信号误差，包括：

选取任意次迭代更新作为目标次迭代，选取任意红外光作为目标红外光；将目标次迭代更新后输出的第一条红外光的矫正信号的平均值，作为迭代均值；将目标红外光的所有时刻的矫正信号和迭代均值的差异的均值，作为目标次迭代所对应的滤波后的信号误差。

2.根据权利要求1所述的一种光电保护器的故障诊断方法，其特征在于，所述环境光影响因子的获取方法为：

根据每条红外光的矫正后的矫正信号的均值和光电保护器的发射器发射的初始红外信号，更新每条红外光对应的环境光影响因子；其中，矫正后的矫正信号的均值与环境光影响因子呈正比关系，发射器发射的初始红外信号与环境光影响因子呈反比关系。

3.根据权利要求1所述的一种光电保护器的故障诊断方法，其特征在于，所述滤波权重的迭代公式为：

其中，为第m+1次迭代后的滤波权重；/>表示第m次迭代的滤波权重；/>为滤波权重的收敛因子；e(m)为信号误差；/>为第l条红外光第m次迭代输出的矫正信号。

4.根据权利要求1所述的一种光电保护器的故障诊断方法，其特征在于，所述根据信号误差确定最佳滤波权重，包括：

将每次迭代更新的信号误差的平均值作为停止因子，当停止因子小于预设停止阈值时，停止滤波权重的迭代更新，将停止滤波权重的迭代更新时的信号误差所对应的滤波权重作为最佳滤波权重。

5.根据权利要求1所述的一种光电保护器的故障诊断方法，其特征在于，所述基于最佳滤波权重对应的矫正信号，对光电保护器进行故障判断，包括：

将得到的最佳滤波权重对应的矫正信号通过数据线传输到数据控制单元中，若最佳滤波权重对应的矫正信号和光电保护器的发射器发射的初始红外信号的差异大于预设判断阈值，则认为光电保护器出现故障。