基于声音识别的多阀门泄漏检测系统

阀门在石油工业中使用频繁且出现泄漏现象不易检测.论文阐述了通过软件方式根据声音信号识别阀门泄漏的方法.系统利用声音传感器采集有效时间段的声音信号,提取其MFCC特征参数作为观测序列,并利用隐马尔可夫模型对其进行建模训练,使其能够识别故障信号,及时发现阀门泄漏,并进行报警处理,从而保证输油泵正常工作.实验证明,系统能够有效地识别阀门泄漏故障.     

基于 LabVIEW 的声音信号采集分析系统开发

利用麦克和计算机声卡作为声音信号采集的硬件,在LabVIEW环境下开发了计算机音频采集分析系统.本系统能够采集各种工况环境的声音信号,并具有信号保存、调用、回放等功能,同时实现了对声音信号的各种数字分析,为声音振动研究和工况状态识别提供了有效的工具.     

天然气管道阀门内漏声发射信号特征研究

通过理论分析的方法建立阀门内漏过程中气体体积泄漏率与声发射信号特征参数均方根(AERES)函数关系,利用研制的实验平台进行了阀门气体内漏检测实验,利用小波包变换方法分别对球阀和截止阀内漏过程产生的声发射信号进行频谱特性分析研究,实验结果表明,经过3层小波包分解后的信号能量主要集中在12.5～75kHz。且声发射信号特征参数均方根(AERES)能有效反映气体体积泄漏率,因此可以利用声发射技术检测阀门是否内漏并估算其泄漏率。     

基于改进CNN的阀门泄漏超声信号识别方法

为了检测输气管道阀门泄漏，对改进AlexNet网络结构进行了研究，提出了基于改进卷积神经网络（CNN）的阀门泄漏超声信号识别方法.针对泄漏信号短时稳定的窄带线谱特征，从图像邻域信息密度角度出发，将卷积核形状由图像识别领域通常使用的"正方形"改进为"扁横状".同时，对AlexNet层数进行优化，重新确定卷积核和全连接层神经元数目，并选择小尺寸卷积核，在减少参数量的同时增加网络容量和模型复杂度，防止模型出现过拟合.分别建立二分类和不同泄漏量下的多分类模型，通过输气管道实验平台采集阀门泄漏数据集，生成对应时频图样本，包括不同阀门开度、不同管道压力下的泄漏及背景声信号.结果表明，对比传统的CNN分类模型，改进CNN分类模型在测试集上取得了更高的识别性能.     

小波分析在发动机早期故障识别中的应用研究

在对飞机发动机早期故障进行分析的基础上,提出了利用虚拟仪器和小波分析相结合对发动机早期故障进行识别的原理与方法。文中对如何从检测信号中提取早期故障特征信号和对早期故障特征信号进行分离、放大、识别等进行了分析和研究,并通过实验证明了所提方法的有效性。结果表明,虚拟仪器强大的图形化功能与小波分析良好的多分辨率时频局部化特性,能够从复杂的微弱信号中提取出早期故障特征信号,并能有效地消除噪声,对早期故障进行快速识别。     

EEMD-PE与M-RVM相结合的轴承故障诊断方法

滚动轴承振动信号中包含了大量轴承运行状态信息,但是由于振动信号具有非线性和非平稳性的特点,难以充分提取振动信号中的故障特征,导致现有基于模式识别的轴承故障诊断方法的故障识别准确率较低.为了提高滚动轴承故障识别的准确率,提出了一种基于集合经验模态分解-排列熵(EEMD-PE)特征提取与多分类相关向量机(M-RVM)相结合的轴承故障诊断方法.首先,该方法利用EEMD对非线性和非平稳信号的自适应分解能力,将轴承故障信号分解为一组包含故障特征的本征模态函数(IMFs).然后,利用排列熵提取由EEMD分解得到的IMFs中的故障特征,并组成特征向量.最后,采用EEMD-PE对不同故障状态下的训练样本集进行特征提取,组成特征向量集对M-RVM分类器进行建模,以概率输出的形式实现对滚动轴承的故障诊断.实验结果表明:EEMD-PE特征提取方法能够对滚动轴承振动信号的故障特征进行有效提取,M-RVM能够对故障滚动轴承振动信号包含的故障特征进行识别.与现有轴承故障诊断方法相比较,所提出的方法能够提高故障识别准确率,达到99.58%.     

基于听觉显著图的长输管道漏失检测算法

为解决城市长输管道漏失监测难题,设计了基于听觉信号的管道漏失检测方法,利用瞬态振动信号会引起信号幅值和频率结构发生显著变化的特性,将听觉显著图引入管网漏失监测中,构建了一种基于听觉信号的管道漏失检测识别模型,提出了一种基于听觉显著图的管道漏失监测方法。该方法利用漏失声音引起的瞬态振动信号的幅值和频率结构发生显著变化的特征识别管网漏失状态,通过对信号的滤波、特征提取、听觉神经元的时域感受野特性分析处理后,进行跨尺度整合,得到频域和时域的信号凸显变化特征,识别管道漏失状态。结果表明:该方法能够检测到的管道泄漏最小流量小于等于0.3 L/min。     

基于EMD-SVM镜像延拓的转子故障诊断研究

利用EMD算法把机械中转子的振动信号进行分解,通过镜像延拓法对EMD算法产生的端部效应进行抑制,得到若干个能够反映转子故障信号内在变化特征及变化规律的固有模态函数分量;对每一个固有模态函数分量建立AR模型,将模型的自回归参数和残差的方差作为故障特征向量,以此建立SVM分类器并进行故障类型识别。结果表明,基于EMD-SVM镜像延拓的方法能够准确快速地得到转子故障的特征和状态,增加了转子故障诊断系统的可靠性和实用性。     

输气管道阀门内漏声发射多参数检测实验研究

针对输气管道阀门内漏喷流噪声声场特征复杂特点,应用声发射检测系统进行阀门内漏过程的检测实验研究,提取阀门不同内漏率下声发射信号波形频谱特征和时域、频率参数特征;应用最小二乘法拟合函数曲线,获得声发射信号特征参数与内漏率对应关系。实验结果表明,声发射信号特征参数(均方根、标准差、均值、频域峰值)与内漏率之间都存在明显对应关系,可利用声发射信号多参数分析进行阀门内漏程度评价研究,以提高内漏识别的准确度。     

嵌入式系统在光纤识别仪中的应用

随着光纤通信的快速发展,对光纤通信的测试也提出了各种要求.为了在不影响光纤正常通信的情况下对光纤进行在线检测,提出了如下的解决方案:由于光纤弯曲时光线不满足全反射的条件,有光线泄漏出来,而这些光线具有光纤中传输信号的特征,我们根据光纤弯曲的理论在不影响光纤通信的条件下给光纤施加适当的弯曲,并由此设计合理的光检测器结构和放大电路,利用嵌入式系统为硬件支撑,研制出光纤识别仪.该仪器能够通过对光检测器检测到的光纤泄漏光信号进行分析,在不中断通信的情况下对光纤进行检测,识别其中的信号.在实际应用当中显示了良好的性能.     

控制阀的流量自感知及其在外泄漏自感知中应用

控制阀的外泄漏会造成物料损失,污染环境,甚至还会造成严重事故。利用控制阀外部的传感器来测外泄漏的传统方法低效,属于事后检测,使外泄漏事故得不到及时处理。为了实现控制阀外泄漏的快速自动检测,本文提出一种便于在工业现场实施的基于控制阀流量自感知的外泄漏检测方法。根据被控流体压力、控制阀开度等数据,建立控制阀的流量自感知模型,使控制阀具有流量自感知的能力。如果没有外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由出口流出的流体质量相等。如果控制阀发生外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由控制阀出口流出的流体质量不等,同时由于控制阀出口的流体质量减小,导致控制阀出口的压力等参数发生变化。为了恢复刚才泄漏前的稳态,闭环控制器向控制阀驱动器发出调节指令,增大阀门的开度,增加控制阀入口流量,以抵消外泄漏造成的影响。在相同的开度增量条件下,外泄漏引起的流量增量与正常操作所引起的不同。在实施控制阀的泄漏自感之前,根据平时正常的工况,预先确定各开度条件下的质量流量的名义最大值。根据流量自感知模型的质量流变化率和名义最大值,阀门控制器内嵌的泄漏诊断程序可实现外泄漏的自诊断,并发出外泄漏故障信号。此外,带流量自感知模型的控制阀,能当流量计用,可省掉管路中的流量测量设备。研究结果证明了所提出的外泄漏自感知方法的有效性。     

滑阀先导式高压气动减压阀间隙泄漏特性研究

针对高压气动减压阀中滑阀式先导阀的缝隙泄漏,建立了考虑泄漏影响的数学模型,对减压阀工作条件和先导阀结构参数等影响因素进行了仿真.结果表明,降低减压阀输入压力、提高输出压力以及提高先导阀节流窗口宽度比等都能有效减少泄漏,仿真分析了泄漏对减压阀压力响应的影响,结果表明,泄漏能提高压力响应速度,但增大了压力超调且降低了压力稳定性,严重时还能导致振荡.仿真结果对于减压阀优化设计及其合理应用有较大参考价值.     

燃气管道的动态泄漏研究

城市燃气管道在分段阀门关闭之后的泄漏是一个复杂的动态泄漏过程,在泄漏过程中燃气的流动状态和燃气的参数均随时间发生变化。结合管道泄漏扩散模型,计算了泄漏口处的流量、泄漏中心点压力等参数,并利用Origin数学分析软件分析了参数随时间的变化情况。研究结果表明,亚临界流泄漏阶段所持续的时间是临界流泄漏阶段持续时间的2倍以上,临界流和亚临界流两个阶段的压力下降速率相差较大;管内压力越大,临界流泄漏阶段和亚临界流泄漏阶段泄漏口流量下降速率相差越大;虽然临界流泄漏阶段泄漏时间较短,但在此阶段泄漏率较高,存在较大的危害性;通过拟合得出了泄漏口处的流量、泄漏点中心压力随时间的变化规律。研究结果可为城市燃气管道泄漏事故的预防及应急救援提供数据参考。     

基于改进积分滤波电路的实验室微弱漏电检测

为了解决实验室微弱漏电难以检测的问题,提出了一种改进的积分滤波电路,以提高检测漏电事故的准确率.该积分滤波电路通过T型反馈电路、整形电路以及周期积分电路,对在一段时间内反复发生的漏电电流信号进行放大转化和整形,并结合时序控制完成对待检测信号的周期取样.同时依据周期取样信号的累积比较,实现实验室漏电事件的自动检测.结果表明,检测系统具有良好的效能和实用性,识别准确率可以达到96%以上.     

基于模型的执行器故障诊断

为依据执行器的动态特性分析，实现执行器设备故障的在线诊断与分离，在机理分析的基础上建立起执行器完整的非线性动态数学模型，由执行器工作过程中的实测信号和模型计算获得残差实现故障的在线诊断，通过残差的变化及其组合情况分析完成故障分离.实验结果表明，利用动态机理模型计算得到的阀位、薄膜气室压力的理论计算值和实测值进行残差分析，可以准确及时地诊断与分离出如阀体阻塞、填料函磨擦力增大、薄膜或气路接头破损、气源压力下降、弹簧老化等执行器主要的内在故障.     

长输管道泄漏检测系统设计与开发

设计并开发泄漏检测系统,该系统可以实时监测长输管道的运行状况。该系统主要包括3大模块：多源信息获取模块,数据存储与查询模块以及泄漏分析与诊断模块。通过OPC技术实时快速获取现场PLC信息,弥补SCADA系统采样频率低导致信息缺失的不足;利用BLOB格式存储大容量实时数据,并实现历史数据查询功能;应用投影降噪理论进行信号降噪,实现小泄漏特征信号获取;结合相关分析技术计算负压波传输时间差,并动态求解负压波波速。现场试验证明,该系统具有较高的定位精度,满足现场需求。     

Modeling and parameter estimation for hydraulic system of excavator＇s arm

A retrofitted electro-hydraulic proportional system for hydraulic excavator was introduced firstly. According to the principle and characteristic of load independent flow distribution（LUDV） system,taking boom hydraulic system as an example and ignoring the leakage of hydraulic cylinder and the mass of oil in it,a force equilibrium equation and a continuous equation of hydraulic cylinder were set up. Based on the flow equation of electro-hydraulic proportional valve,the pressure passing through the valve and the difference of pressure were tested and analyzed. The results show that the difference of pressure does not change with load,and it approximates to 2.0 MPa. And then,assume the flow across the valve is directly proportional to spool displacement and is not influenced by load,a simplified model of electro-hydraulic system was put forward. At the same time,by analyzing the structure and load-bearing of boom instrument,and combining moment equivalent equation of manipulator with rotating law,the estimation methods and equations for such parameters as equivalent mass and bearing force of hydraulic cylinder were set up. Finally,the step response of flow of boom cylinder was tested when the electro-hydraulic proportional valve was controlled by the step current. Based on the experiment curve,the flow gain coefficient of valve is identified as 2.825×10^-4 m^3/（s·A） and the model is verified.