一种快速阀在线故障诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种快速阀在线故障诊断方法，用以实现气动快速阀的在线监测与诊断。所述方法包括：通过预置在快速阀上的待诊断应变感应器采集所述快速阀的应变信号；对所述应变信号进行短时傅里叶变换，得到信号时频矩阵；根据所述信号时频矩阵绘制各预设频率区间对应的频率波形；从各频率波形中选择基准频率波形；根据所述基准频率波形确定所述快速阀启动过程的时间长度，根据所述时间长度和预置快速阀的历时曲线，对所述快速阀进行差异性评估。

On line fault diagnosis method for fast valve

The invention discloses an on-line fault diagnosis method for a fast valve, which is used for on-line monitoring and diagnosis of a pneumatic quick valve. The method includes: through the preset to strain the strain sensor signal acquisition and rapid diagnosis of valve in the fast valve; short time Fourier transform of the strain signal, signal time-frequency matrix; according to the frequency waveform of each preset frequency interval corresponding to the frequency of the signal when drawing the matrix; choose from the reference frequency waveform the frequency of the waveform; according to the reference frequency waveform is determined that the fast valve start the length of time the process, according to the length of time duration curve and preset fast valve, the difference of the rapid assessment of the valve.

【技术实现步骤摘要】
一种快速阀在线故障诊断方法
本专利技术涉及机械故障诊断领域，特别是涉及一种高超声速风洞快速阀在线故障诊断方法。
技术介绍
气动快速阀是高超声速风洞系统中必不可少的特种阀门，因气密性要求，目前仅能采用人工目测快速阀开启过程中驱动轴转速是否均匀进行快速阀故障诊断，现有人工目测无法快速、准确的对气动快速阀状态进行诊断和监测。基于此，本专利技术结合气动快速阀在线监测与诊断的实际需求，提出了一种基于短时傅里叶变换的启动快速阀在线监测与诊断方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供一种快速阀在线故障诊断方法，用以实现气动快速阀的在线监测与诊断。为解决上述技术问题，本专利技术中的一种快速阀在线故障诊断方法，包括：通过预置在快速阀上的待诊断应变感应器采集所述快速阀的应变信号；对所述应变信号进行短时傅里叶变换，得到信号时频矩阵；根据所述信号时频矩阵绘制各预设频率区间对应的频率波形；从各频率波形中选择基准频率波形；根据所述基准频率波形确定所述快速阀启动过程的时间长度，根据所述时间长度和预置快速阀的历时曲线，对所述快速阀进行差异性评估。可选地，所述通过预置在快速阀上的待诊断应变感应器采集所述快速阀的应变信号，包括：通过预置在快速阀上的多个应变传感器采集所述快速阀的多个应变原始信号；其中，每个应变传感器对应一个应变原始信号；对各所述应变原始信号进行短时傅里叶变换，得到多个信号时频谱图；根据各信号时频谱图的能量分布，从所述多个应变传感器中选取一应变感应器作为待诊断应变感应器；将所述待诊断应变感应器采集的应变原始信号作为所述快速阀的应变信号。具体地，所述对各所述应变原始信号进行短时傅里叶变换，得到多个信号时频谱图，包括：针对每个所述应变原始信号，选择一个时频局部化的窗函数；移动所述窗函数，使所述窗函数与该应变原始信号的乘积在各预设时间宽度内是平稳信号，并计算出各个不同时刻的功率谱；将各不同时刻的功率谱以时间顺序重排，得到多个信号时频谱图。具体地，所述根据各信号时频谱图的能量分布，从所述多个应变传感器中选取一应变感应器作为待诊断应变感应器，包括：将信号时频谱图的能量分布特征最明显的应变感应器作为待诊断应变感应器。具体地，预置的应变感应器的数量为4个；相邻两应变感应器之间相差45度角。可选地，所述从各频率波形中选择基准频率波形的步骤，包括：根据各频率波形的能量幅值大小，从各频率波形中选择基准频率波形。可选地，所述根据所述基准频率波形确定所述快速阀启动过程的时间长度，根据所述时间长度和预置快速阀的历时曲线，对所述快速阀进行差异性评估，包括：对所述基准频率波形进行波峰拾取处理，得到所述快速阀启动过程中各阶段对应的时间长度；所述启动过程中各阶段包括气动驱动头启动阶段、管路气体充气阶段和管路气体通过阶段；根据各阶段的时间长度和预置快速阀的历时曲线，对所述快速阀的各阶段的历时进行差异性评估。具体地，所述对所述基准频率波形进行波峰拾取处理，得到所述快速阀启动过程中各阶段对应的时间长度，包括：根据所述基准频率波形确定所述快速阀启动过程的起始时间；查找所述基准频率波形的第一极大值数据点、第二极大值数据点和第三极大值数据点；确定所述第一极大值数据点对应时间与所述起始时间的差值，得到所述气动驱动头启动阶段的时间长度；确定所述第二极大值数据点对应时间与所述第一极大值数据点对应时间的差值，得到所述管路气体充气阶段的时间长度；确定所述第三极大值数据点对应时间与所述第二极大值数据点对应时间的差值，得到所述管路气体通过阶段的时间长度。具体地，所述根据所述基准频率波形确定所述快速阀启动过程的起始时间，包括：步骤1，将基准频率波形的最前预设数量的数据点求取平均值，将所述基准频率波形减去所述平均值；步骤2，重复步骤1，直到所述最前预设数量的数据点的平均值达到预设阈值，从而修正基准频率波形；步骤3，从修正的基准频率波形的第一个数据点开始遍历，将预设事件发生时对应的时间作为所述快速阀启动过程的起始时间；所述预设事件具体为出现连续设定个数的数据点的幅值均大于预设阈值。具体地，步骤1之前还包括：将将所述基准频率波形进行平滑滤波。本专利技术有益效果如下：本专利技术实现了气动快速阀的在线监测与诊断，有效提高了现有人工目测无法诊断监测速度及精度，为高超声速风洞安全稳定运行提供了保障。附图说明图1是本专利技术实施例中气动快速阀开启过程应变信号原始波形；图2是本专利技术实施例中气动快速阀阀体0度方向应变传感器时频谱图；图3是本专利技术实施例中气动快速阀阀体45度方向应变传感器时频谱图；图4是本专利技术实施例中气动快速阀阀体90度方向应变传感器时频谱图；图5是本专利技术实施例中气动快速阀阀体-45度方向应变传感器时频谱图；图6是本专利技术实施例中应变信号频率分解后各频率段应变能量曲线；图7是本专利技术实施例中气动快速阀开启过程各阶段划分波形。具体实施方式为了实现气动快速阀的在线监测与诊断，本专利技术提供了一种快速阀在线故障诊断方法，以下结合附图以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。本专利技术实施例中一种快速阀在线故障诊断方法，包括：通过预置在快速阀上的待诊断应变感应器采集所述快速阀的应变信号；对所述应变信号进行短时傅里叶变换，得到信号时频矩阵；根据所述信号时频矩阵绘制各预设频率区间对应的频率波形；从各频率波形中选择基准频率波形；根据所述基准频率波形确定所述快速阀启动过程的时间长度，根据所述时间长度和预置快速阀的历时曲线，对所述快速阀进行差异性评估。在上述实施例的基础上，进一步提出上述实施例的变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。在本专利技术的一个实施例中，所述通过预置在快速阀上的待诊断应变感应器采集所述快速阀的应变信号，包括：通过预置在快速阀上的多个应变传感器采集所述快速阀的多个应变原始信号；其中，每个应变传感器对应一个应变原始信号；对各所述应变原始信号进行短时傅里叶变换，得到多个信号时频谱图；根据各信号时频谱图的能量分布，从所述多个应变传感器中选取一应变感应器作为待诊断应变感应器；将所述待诊断应变感应器采集的应变原始信号作为所述快速阀的应变信号。具体地，所述对各所述应变原始信号进行短时傅里叶变换，得到多个信号时频谱图，包括：针对每个所述应变原始信号，选择一个时频局部化的窗函数；移动所述窗函数，使所述窗函数与该应变原始信号的乘积在各预设时间宽度内是平稳信号，并计算出各个不同时刻的功率谱；将各不同时刻的功率谱以时间顺序重排，得到多个信号时频谱图。具体地，所述根据各信号时频谱图的能量分布，从所述多个应变传感器中选取一应变感应器作为待诊断应变感应器，包括：将信号时频谱图的能量分布特征最明显的应变感应器作为待诊断应变感应器。具体地，预置的应变感应器的数量为4个；相邻两应变感应器之间相差45度角。在本专利技术的另一个实施例中，，所述从各频率波形中选择基准频率波形的步骤，包括：根据各频率波形的能量幅值大小，从各频率波形中选择基准频率波形。在本专利技术的又一个实施例中，所述根据所述基准频率波形确定所述快速阀启动过程的时间长度，根据所述时间长度和预置快速阀的历时曲线，对所述快速阀进行差异性评估，包括：对所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速阀在线故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括：通过预置在快速阀上的待诊断应变感应器采集所述快速阀的应变信号；对所述应变信号进行短时傅里叶变换，得到信号时频矩阵；根据所述信号时频矩阵绘制各预设频率区间对应的频率波形；从各频率波形中选择基准频率波形；根据所述基准频率波形确定所述快速阀启动过程的时间长度，根据所述时间长度和预置快速阀的历时曲线，对所述快速阀进行差异性评估。

【技术特征摘要】
1.一种快速阀在线故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括：通过预置在快速阀上的待诊断应变感应器采集所述快速阀的应变信号；对所述应变信号进行短时傅里叶变换，得到信号时频矩阵；根据所述信号时频矩阵绘制各预设频率区间对应的频率波形；从各频率波形中选择基准频率波形；根据所述基准频率波形确定所述快速阀启动过程的时间长度，根据所述时间长度和预置快速阀的历时曲线，对所述快速阀进行差异性评估。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过预置在快速阀上的待诊断应变感应器采集所述快速阀的应变信号，包括：通过预置在快速阀上的多个应变传感器采集所述快速阀的多个应变原始信号；其中，每个应变传感器对应一个应变原始信号；对各所述应变原始信号进行短时傅里叶变换，得到多个信号时频谱图；根据各信号时频谱图的能量分布，从所述多个应变传感器中选取一应变感应器作为待诊断应变感应器；将所述待诊断应变感应器采集的应变原始信号作为所述快速阀的应变信号。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对各所述应变原始信号进行短时傅里叶变换，得到多个信号时频谱图，包括：针对每个所述应变原始信号，选择一个时频局部化的窗函数；移动所述窗函数，使所述窗函数与该应变原始信号的乘积在各预设时间宽度内是平稳信号，并计算出各个不同时刻的功率谱；将各不同时刻的功率谱以时间顺序重排，得到多个信号时频谱图。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各信号时频谱图的能量分布，从所述多个应变传感器中选取一应变感应器作为待诊断应变感应器，包括：将信号时频谱图的能量分布特征最明显的应变感应器作为待诊断应变感应器。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，预置的应变感应器的数量为4个；相邻两应变感应器之间相差45度角。6.如权利要求1-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述从各频率波形中选择基准频率波形的步骤，包括：根据各频率波形的能量幅值大小，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑磊，李杰，曹宇，蔄元臣，徐晓斌，朱涛，宋元，贾召会，
申请(专利权)人：北京航天测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11