一种实验室设备使用寿命预测系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种实验室设备使用寿命预测系统和方法，所述系统包括互感器组件、数据采集单元和数据处理单元，所述方法首先结合试验室设备结构、历史运行数据和环境，建立试验室设备故障树，确定能表征试验室设备性能退化的特征量以确定试验室设备寿命的失效阈值，数据采集单元实时采集互感器组件转换的电流信号，数据处理单元实现对于试验室设备使用寿命的预测，使工作人员能够及时排除故障，保证试验室设备7*24小时的安全运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及实验室设备监控和管理
，而且更具体的涉及一种实验室设备 使用寿命预测系统和方法。
技术介绍
随着技术的进步，实验室设备智能化，精密化、电气化的发展，国内各高校、科研院 所对各种精密实验室设备的运行稳定性和安全性提出了更高的要求。现有技术中的实验室 监控设备或采用传感器技术，对实验室设备运行温度、运行环境进行监测，监控实验室环境 的停电和火灾等突发状况；或采用物联网技术和采用云计算技术，使实验室管理人员对实 验室设备的使用和状态进行有效管理。但是由于实验室设备通常处于7*24小时的工作状 态下，长时间的运行对其使用寿命和使用精度提出了非常高的要求。由于缺乏对于实验室 设备的使用寿命预测，可能会导致实验室设备在运行当中出现不可预测的故障和宕机，影 响实验结果。此外对于实验室设备的使用寿命进行精确的评估，也能帮助实验室管理人员 对昂贵的实验室设备进行及时的维护，更换故障零部件，实验室设备的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中实验室设备管理系统的不足，提供一种实验 室设备使用寿命预测系统和方法。。 为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下： -种实验室设备使用寿命预测系统，包括： 数个互感器组件，与试验室设备相连接，将试验室设备负载的电流转成信号处理 设备所能处理的小电流再将其转换为相应的电压量； 数据采集单元，向互感器发送统一的同步采样信号，同时并行地接收数据采集板 传送过来的采样数据，数模转换之后发送到数据处理单元； 数据处理单元，处理采样数据并判断试验室设备运行情况，计算出试验室设备使 用寿命。 -种实验室设备使用寿命预测方法，包括以下步骤： 步骤一：根据历史运行数据建立实验室设备故障树，计算出需要进行监测的性能 参数，根据性能参数确定设备的失效阈值； 步骤二：向互感器组件发送同步的采样信号，获取实验室设备的性能参数，并对异 常值进行剔除； 步骤三：数据处理单元根据采样数据进行数据分析，根据失效阈值从状态数据中 提取故障特征参数，获取其故障特征参数退化数列； 步骤四：数据处理单元采用灰色模型和支持向量机预测模型的组合预测方法建立 使用寿命预测模型，将故障特征参数退化数列导入寿命预测模型得出试验设备剩余使用寿 命。 进一步的对于不同故障模式下的故障特征进行定量分析，通过仿真运算获得故障 性能参数，确定了起动电流峰值、稳态电流的均值、稳态电流脉动幅度、稳态电流小波能量 熵、波纹电压值，5个特征量作为试验室设备寿命预测的性能参数。 进一步的，进行故障注入仿真计算，确定起动电流峰值、稳态电流的均值、稳态电 流脉动幅度、稳态电流小波能量熵、波纹电压值的失效阈值范围。 进一步的，所述数据处理单元采用小波变换分析对实时电流采样进行消噪。 进一步的，所述数据处理单元采用小波分解对实时电流采样进行故障特征参数退 化数列的提取，提取起动电流峰值、稳态电流的均、稳态电流脉动幅度、稳态电流小波能量 熵、波纹电压值的退化数列。 进一步，将所述故障特征参数退化数列分别导入灰色模型和支持向量机预测模型 计算出预测值，并将两个预测值进行加权融合后，得到最终预测结果。 技术效果 本专利技术首先结合试验室设备结构、历史运行数据和环境，建立试验室设备故障树， 分析确定易导致试验室设备故障的关键组件和部位。然后确定能表征试验室设备性能退化 的特征量，最后建立试验室设备的有限元仿真模型，实现典型故障模式的故障注入仿真， 分析各特征参数在各典型故障模式下的变化情况，并据此确定试验室设备寿命的失效阈 值，实现对于试验室设备使用寿命的预测，使工作人员能够及时排除故障，保证试验室设备 7*24小时的安全运行。 【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。 图1为本专利技术的系统结构图； 图2为互感器组件的电路图； 图3为本专利技术的方法流程图； 图4为本专利技术方法建立的故障树图。 【具体实施方式】 下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。 如图1所示，本专利技术的一种实验室设备使用寿命预测系统，包括互感器组件1、数 据采集单元2和数据处理单元3。互感器组件1与试验室设备相连接，将试验室设备负载的 电流转成信号处理设备所能处理的小电流再将其转换为相应的电压量。数据采集单元2向 互感器3发送统一的同步采样信号，同时并行地接收数据采集单元2传送过来的采样数据， 数模转换之后发送到数据处理单元3。数据处理单元3处理采样数据并判断试验室设备运 行情况，计算出试验室设备使用寿命。 互感器组件1的电路如图2所示，采用的低功率互感器的绕组匝数为2000,用绕 线机均匀绕制，经测量，该级变换准确度能达到0.05级，且线性度良好。其中绕组T1对 一次大电流II作两级变换，第一级变换将一次电流变换为A级，然后绕组T2进行第二级 变换再将A级电流变换为mA级电流，采用零磁通平衡测量技术，并加入电容C2进行相位 补偿〃同时运放U1实现电流/电压转换，由电位器R2进行幅度调节后输出测量通道电压 信号Vt。上述互感器组保证在同一个一次电流Η的激励下，由互感器组件输出的电压信 号Vt的幅值为输入值幅值的25倍，以保证在25倍保护范围内信号的幅值都在数据采集 单元2的有效窗口内。 数据采集单元2的作用是接收互感器组件1发送的采样数据，将输出电压的幅度 和相位进行调节。并将采样信号送到A/D转换器件，实现用模拟电压量表示电流信号还原 成用数字量表示电流信号，判断量程范围。 数据处理单元3为安装有PCI数据总线的主机，通过PCI控制器对数据总线上的 数据采集单元3进行控制。完成数据采集工作之后，主机通过软件平台实现实验设备的使 用寿命预测。 如图3所示，为专利技术的一种实验室设备使用寿命预测方法，包括： 步骤一：根据历史运行数据建立实验室设备故障树，计算出需要进行监测的性能 参数，根据性能参数确定设备的失效阈值； 步骤二：向互感器组件发送同步的采样信号，获取实验室设备的性能参数，并对异 常值进行剔除； 步骤三：数据处理单元根据采样数据进行数据分析，根据失效阈值从状态数据中 提取故障特征参数，获取其故障特征参数退化数列； 步骤四：数据处理单元采用灰色模型和支持向量机预测模型的组合预测方法建立 使用寿命预测模型，将故障特征参数退化数列导入寿命预测模型得出试验设备剩余使用寿 命。 优选的，步骤一为了更直观的对试验室设备发生故障的原因和故障模式进行分 析，建立了试验室设备的故障树。所述故障树根据产品历史运行数据统计的故障部件特征 或外界事件或者本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实验室设备使用寿命预测系统，其特征在于，包括：数个互感器组件，与试验室设备相连接，将试验室设备负载的电流转成信号处理设备所能处理的小电流再将其转换为相应的电压量；数据采集单元，向互感器发送统一的同步采样信号，同时并行地接收数据采集板传送过来的采样数据，数模转换之后发送到数据处理单元；数据处理单元，处理采样数据并判断试验室设备运行情况，计算出试验室设备使用寿命。

【技术特征摘要】
1. 一种实验室设备使用寿命预测系统，其特征在于，包括： 数个互感器组件，与试验室设备相连接，将试验室设备负载的电流转成信号处理设备 所能处理的小电流再将其转换为相应的电压量； 数据采集单元，向互感器发送统一的同步采样信号，同时并行地接收数据采集板传送 过来的采样数据，数模转换之后发送到数据处理单元； 数据处理单元，处理采样数据并判断试验室设备运行情况，计算出试验室设备使用寿 命。2. -种实验室设备使用寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：根据历史运行数据建立实验室设备故障树，计算出需要进行监测的性能参数， 根据性能参数确定设备的失效阈值； 步骤二：向互感器组件发送同步的采样信号，获取实验室设备的性能参数，并对异常值 进行剔除； 步骤三：数据处理单元根据采样数据进行数据分析，根据失效阈值从状态数据中提取 故障特征参数，获取其故障特征参数退化数列； 步骤四：数据处理单元采用灰色模型和支持向量机预测模型的组合预测方法建立使用 寿命预测模型，将故障特征参数退化数列导入寿命预测模型得出试验设备剩余使用寿命。3. 如权利要求2所述的一种实验室设备使用寿命预测方法，其特征在于，对于不同故 障模式下的故障特征进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：章文华，
申请(专利权)人：上海网正信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31