在线测量往复机械传动链间隙量的方法及装置制造方法及图纸

本申请提供了一种在线测量往复机械传动链间隙量的方法及装置，该方法包括：采集反映往复机械传动链状态的多传感间接测量信号并进行预处理；对预处理后的多传感间接测量信号，从时域、频域和时频域提取多域特征参数；对多域特征参数依次进行信度评价、特征筛选和信息融合，获取融合特征参数；将融合特征参数及离线间隙观测量输入虚拟传感模型，建立表征多传感间接测量信号与传动链间隙量间的非线性关系；根据在线优化方法自适应调整虚拟传感模型并在线测量往复机械传动链间隙量。本申请可有效表征多传感间接测量信号与传动链间隙量间关系，并可在不中断设备正常运行的情况下实时估计往复机械传动链间隙的状态，以提高其状态监测的可靠性与鲁棒性。

Method and device for on-line measuring clearance of reciprocating mechanical transmission chain

The invention provides a method and device for on-line measurement of reciprocating mechanical transmission chain clearance, the method includes: collecting multiple sensor reflect indirect measurement signal of the reciprocating mechanical transmission chain state and pretreatment; for multi sensor after pretreatment of the indirect measurement of signal extraction, multi domain feature parameters from time domain, frequency domain and time-frequency domain in order to evaluate the reliability of; and multiple domain feature parameters of feature selection and information fusion, obtain the fusion feature parameters; the fusion parameters and off-line measurements of virtual sensor input gap model, establish the characterization of multi sensor signals and indirect measurement of nonlinear relationship between the chain space; according to the online optimization method of adaptive adjustment of virtual sensing model and online measurement of reciprocating mechanical transmission chain clearance. This application can effectively characterize the multiple sensor signals and indirect measurement of transmission chain gap between, and can not break state real-time estimation of reciprocating machinery chain space equipment normal running condition, in order to improve the reliability and robustness of state monitoring.

【技术实现步骤摘要】
在线测量往复机械传动链间隙量的方法及装置
本申请涉及油气关键设备智能诊断领域，尤其是涉及一种在线测量往复机械传动链间隙量的方法及装置。
技术介绍
往复式压缩机是油气行业中普遍使用、不可或缺的大型关键设备之一，是油气产品生产平稳、可靠运行的基础。然而，往复式压缩机在长期运行使用中，其传动链的间隙受恶劣工况条件和复杂环境因素的影响而逐渐增加，且间隙过大会使往复机械在运行的过程中产生明显的噪音和振动，从而影响整个系统的稳定性和可靠性，降低生产精度，缩短使用寿命。因而，实时有效地监测往复机械传动链间隙状态，对于提高往复式压缩机运行的可靠性和安全性具有重要意义，并为进一步的预后维修决策提供支持。目前广泛应用于监测往复机械传动链间隙量的测量技术，根据传感参数与往复机械部件状态之间的相关性，可分为直接传感和间接传感技术。直接传感(如油液分析，显微观察等)，作为一种离线测量技术，它能够以较高的准确度表征往复机械传动链间隙的状态，然而，由于监测过程中接触不便以及成本过高的原因，该方法常常作为实验分析技术，故很难在实际应用中得到推广。为了克服直接传感技术的缺陷，间接传感(如压力、振动、声发射等测量技术)由于可实现对传动链状态的实时在线测量、以及成本较低的优点而普遍应用于往复机械的状态监测。但该方法所测量的传感参数(如振动、压力等信号)仅仅是设备状态的间接表征，此外，由于受到外界环境噪声、传感器自身特点等的干扰，其采集的数据信噪比较低。总而言之，直接传感和间接传感技术是目前用于监测往复机械传动链间隙最为普遍的两种测量技术，但两者既有优点，又有缺点。直接传感可作为监测往复机械传动链间隙的直接指标，但它通常需要离线测量，从而中断了设备的正常运行。另一方面，间接传感可连续测量往复机械传动机构运动过程中的辅助参数，但所得到的传感信息是其机械部件状态的间接指标，并不能直接表征在线间接测量信号与往复机械传动链间隙量间之间的关系，因此，这种方案往往难以准确预测出往复机械传动链间隙量。因而，如何融合直接传感与间接传感的优势，从而得到一种智能传感技术成为目前研究的一个热点。其次，如何更好地表征在线间接测量信号与往复机械传动链间隙量间的非线性关系，也是当下传感技术急需解决的另一个问题。
技术实现思路
本申请实施例的目的在于提供一种在线测量往复机械传动链间隙量的方法及装置，以克服现有技术无法有效表征间接测量信号与传动链间隙量间复杂关系的缺陷，可实时估计往复机械传动链间隙的状态，以提高往复式压缩机状态监测的可靠性与鲁棒性，并为进一步的维修决策提供支持。为达到上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种在线测量往复机械传动链间隙量的方法，包括：采集反映往复机械传动链状态的多传感间接测量信号；对所述多传感间接测量信号进行预处理，以去除其中的背景噪声；针对预处理后的多传感间接测量信号，分别从时域、频域和时频域提取多域特征参数；对所述多域特征参数依次进行信度评价、特征筛选和信息融合，以获取融合特征参数；将获取的融合特征参数及离线间隙观测量输入至虚拟传感模型，建立表征所述多传感间接测量信号与传动链间隙量间的非线性关系；根据实时采集的多传感间接测量信号获取新的融合特征参数，并将所述新的融合特征参数代入所述虚拟传感模型，实时估计传动链间隙量。本申请实施例的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，在所述根据实时采集的多传感间接测量信号获取新的融合特征参数之后，还包括：根据在线优化方法和实时采集的多传感间接测量信号在线优化所述虚拟传感模型；将实时估计的传动链间隙量与实际传动链间隙量进行比较，并计算在线测量的误差，以确定往复机械传动链间隙的当前状态。本申请实施例的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，所述多传感间接测量信号包括但不限于振动加速度信号、压力信号和声发射信号。本申请实施例的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，所述预处理的实现方法包括但不限于盲源分离和包络解调。本申请实施例的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，所述多域特征参数包括但不限于以下特征参数：时域特征参数，其包括峰峰值、有效值、方根幅值、峭度值、峰值因子和裕度值；频域特征参数，其包括在对预处理后的多传感间接测量信号进行傅里叶变换，并在此基础上提取的0～0.5采样频率功率谱上的均值、最大值、均方值、方差值、偏斜度值和度值；时频域特征参数：其包括在对预处理后的多传感间接测量信号进行5层小波包分解，并在此基础上提取的前1-10个节点的小波能量和小波能量比。本申请实施例的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，所述对所述多域特征参数依次进行信度评价、特征筛选和信息融合，包括：计算多域特征参数中每个特征参数的相关度指标，所述相关度指标作为衡量该特征参数表征传动链间隙状态信度大小的一个指标；计算多域特征参数中每个特征参数的趋势性指标，所述趋势性指标作为衡量该特征参数表征传动链间隙状态信度大小的另一个指标；将每个特征参数的相关度指标和趋势性指标进行相乘，获得每个特征参数的一个新指标，以作为衡量该特征参数表征传动链间隙状态信度大小的综合评价指标；根据每个特征参数的综合评价指标的大小，从所述多域特征参数的N个特征参数中筛选出M个特征参数作为敏感特征参数；对所述敏感特征参数进行信息融合，实现所述信息融合的方法包括但不限于核主元分析方法。本申请实施例的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，所述相关度指标通过以下公式计算得到：其中，X＝(x1,x2,...,xP)为特征参数向量，P为特征参数向量X的长度，Y＝(y1,y2,...,yP)为离线间隙观测量，Cor(X,Y)为相关度，xi为特征参数向量中第i个特征参数的参数值，为相应特征参数的均值，yi为第i个离线间隙观测量，为各个离线间隙观测量的均值。本申请实施例的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，所述趋势性指标通过以下公式计算得到：其中，Tre(X,T)为趋势性指标，X＝(x1,x2,...,xP)为特征参数向量，P为特征参数向量X的长度，T＝(t1,t2,...,tP)为时间向量，xi为ti时刻对应的特征参数的参数值。本申请实施例的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，所述虚拟传感模型包括但不限于ELM模型。另一方面，本申请实施例还提供了一种在线测量往复机械传动链间隙量的装置，包括：数据采集模块，用于采集反映往复机械传动链状态的多传感间接测量信号；信号预处理模块，用于对所述多传感间接测量信号进行预处理，以去除其中的背景噪声；多域特征提取模块，用于针对预处理后的多传感间接测量信号，分别从时域、频域和时频域提取多域特征参数；多源信息融合模块，用于对所述多域特征参数依次进行信度评价、特征筛选和信息融合，以获取融合特征参数；模型构建模块，用于将获取的融合特征参数及离线间隙观测量输入至虚拟传感模型，建立表征所述多传感间接测量信号与传动链间隙量间的非线性关系；根据实时采集的多传感间接测量信号获取新的融合特征参数，并将所述新的融合特征参数代入所述虚拟传感模型，实时估计传动链间隙量。本申请实施例的在线测量往复机械传动链间隙量的装置，该装置还包括：模型在线优化模块，用于根据在线优化方法和实时采集的多传感间接测量信号在线优化所述虚拟传感模型；将实时估计的传动链间隙量与实际传动链间隙量进行比较，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，包括：采集反映往复机械传动链状态的多传感间接测量信号；对所述多传感间接测量信号进行预处理，以去除其中的背景噪声；针对预处理后的多传感间接测量信号，分别从时域、频域和时频域提取多域特征参数；对所述多域特征参数依次进行信度评价、特征筛选和信息融合，以获取融合特征参数；将获取的融合特征参数及离线间隙观测量输入至虚拟传感模型，建立表征所述多传感间接测量信号与传动链间隙量间的非线性关系；根据实时采集的多传感间接测量信号获取新的融合特征参数，并将所述新的融合特征参数代入所述虚拟传感模型，实时估计传动链间隙量。

【技术特征摘要】
1.一种在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，包括：采集反映往复机械传动链状态的多传感间接测量信号；对所述多传感间接测量信号进行预处理，以去除其中的背景噪声；针对预处理后的多传感间接测量信号，分别从时域、频域和时频域提取多域特征参数；对所述多域特征参数依次进行信度评价、特征筛选和信息融合，以获取融合特征参数；将获取的融合特征参数及离线间隙观测量输入至虚拟传感模型，建立表征所述多传感间接测量信号与传动链间隙量间的非线性关系；根据实时采集的多传感间接测量信号获取新的融合特征参数，并将所述新的融合特征参数代入所述虚拟传感模型，实时估计传动链间隙量。2.如权利要求1所述的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，在所述根据实时采集的多传感间接测量信号获取新的融合特征参数之后，还包括：根据在线优化方法和实时采集的多传感间接测量信号在线优化所述虚拟传感模型；将实时估计的传动链间隙量与实际传动链间隙量进行比较，并计算在线测量的误差，以确定往复机械传动链间隙的当前状态。3.如权利要求1所述的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，所述多传感间接测量信号包括但不限于振动加速度信号、压力信号和声发射信号。4.如权利要求1所述的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，所述预处理的实现方法包括但不限于盲源分离和包络解调。5.如权利要求1所述的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，所述多域特征参数包括但不限于以下特征参数：时域特征参数，其包括峰峰值、有效值、方根幅值、峭度值、峰值因子和裕度值；频域特征参数，其包括在对预处理后的多传感间接测量信号进行傅里叶变换，并在此基础上提取的0～0.5采样频率功率谱上的均值、最大值、均方值、方差值、偏斜度值和度值；时频域特征参数：其包括在对预处理后的多传感间接测量信号进行5层小波包分解，并在此基础上提取的前1-10个节点的小波能量和小波能量比。6.如权利要求1所述的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，所述对所述多域特征参数依次进行信度评价、特征筛选和信息融合，包括：计算多域特征参数中每个特征参数的相关度指标，所述相关度指标作为衡量该特征参数表征传动链间隙状态信度大小的一个指标；计算多域特征参数中每个特征参数的趋势性指标，所述趋势性指标作为衡量该特征参数表征传动链间隙状态信度大小的另一个指标；将每个特征参数的相关度指标和趋势性指标进行相乘，获得每个特征参数的一个新指标，以作为衡量该特征参数表征传动链间隙状态信度大小的综合评价指标；根据每个特征参数的综合评价指标的大小，从所述多域特征参数的N个特征参数中筛选出M个特征参数作为敏感特征参数；对所述敏感特征参数进行信息融合，实现所述信息融合的方法包括但不限于核主元分析方法。7.如权利要求6所述的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，所述相关度指标通过以下公式计算得到：其中，X＝(x1,x2,...,xP)为特征参数向量，P为特征参数向量X的长度，Y＝(y1,y2,...,yP)为离线间隙观测量，Cor(X,Y)为相关度，xi为特征参数向量中第i个特征参数的参数值，为相应特征参数的均值，yi为第i个离线间隙观测量，为各个离线间隙观测量的均值。8.如权利要求6所述的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，所述趋势性指标通过以下公式计算得到：其中，Tre(X,T)为趋势性指标，X＝(x1,x2,...,xP)为特征参数向量，P为特征参数向量X的长度，T＝(t1,t2,...,tP)为时间向量，xi为ti时刻对应的特征参数的参数值。9.如权利要求1所述的在线测量往复机械传动链间隙量的方法，其特征在于，所述虚拟传感模型包括但不限于ELM模型。10.一种在线测量往复机械传动链间隙量的装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金江，郑赢豪，张来斌，段礼祥，袁壮，叶伦宽，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11