一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法及装置，涉及电动阀门泄漏模式识别技术领域。该方法包括：获取核电厂反应堆一回路电动阀门的泄漏声发射信号；采用有效值法对电动阀门是否泄漏进行初步判断，得到初步判断结果；根据所述初步判断结果，当所述初步判断结果为泄漏，则基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别法，对电动阀门进行进一步泄漏类型判断，得到泄漏类型判断结果。本发明专利技术通过构造泄漏声发射信号建模特征并建立基于随机森林算法的电动阀门泄漏模式识别模型，解决了当前基于声信号的电动阀门泄漏检测中对阀门泄漏具体模式无法识别的问题，为后续指导维修提供了可能。提供了可能。提供了可能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法及装置


[0001]本专利技术涉及电动阀门泄漏模式识别
，具体涉及一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法及装置。

技术介绍

[0002]阀门是核电厂不可或缺的控制设备，其主要功能有切断或者联通管路介质的流动，改变介质流动方向，调节管路中介质流量和压力，确保设备和系统的正常运行。其中，电动阀门是核电厂反应堆一回路应用最为广泛的阀门，电动阀门在长时间的工作过程中，会发生卡涩、泄漏等故障，而泄漏故障是阀门诸多故障中出现频度最高的一类故障。当阀门发生泄漏故障时，一方面会造成系统能量损失，降低系统运行效率，另一方面，一回路管路中的介质为高温、高压的放射性流体，一旦发生泄漏，可能会导致事故的发生，严重时会威胁机组运行安全。
[0003]阀门泄漏可分为内漏和外漏。目前，核电站阀门泄漏检测通常是在大修时期借助声发射、红外等检测手段来完成的，其中，基于声学的检测是目前应用最为成熟的阀门泄漏检测手段。但基于声学的检测手段仅仅能够识别出阀门是否发生泄漏，而无法判断阀门发生的是外部泄漏还是内部泄漏，即无法确定是由于阀门内部结构损伤造成的泄漏还是由于外部结构、安装等因素引起的泄漏，这就导致在给后续的维修工作中，仍然片面地对阀门进行解体检修，而解体检修过程又可能引入新的阀门结构类故障，这种缺乏针对性地维修方式，即降低了阀门可靠性，又无形中加重了核电厂的维修成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法及装置，可解决目前无法通过泄漏声信号区分电动阀门发生的是内漏还是外漏的问题，以指导后续维修工作。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法，该方法包括：
[0007]获取核电厂反应堆一回路电动阀门的泄漏声发射信号；
[0008]根据所述泄漏声发射信号，采用有效值法对电动阀门是否泄漏进行初步判断，得到初步判断结果；
[0009]根据所述初步判断结果，当所述初步判断结果为泄漏，则基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别法，对电动阀门进行进一步泄漏类型判断，得到泄漏类型判断结果；当所述初步判断结果为未泄漏，则对电动阀门不进行进一步泄漏类型判断。
[0010]进一步地，所述泄漏声发射信号的获取方式是通过在核电厂反应堆一回路中靠近电动阀门法兰结合面、阀杆与填料密封处，以及靠近阀瓣与阀座密封面外侧的阀体上，采用涂抹耦合剂并用卡环压紧声发射传感器的方式。
[0011]进一步地，该方法还包括：对获取的所述泄漏声发射信号进行预处理，得到预处理后的泄漏声发射信号；
[0012]所述预处理为对所述泄漏声发射信号进行去直流处理。
[0013]进一步地，所述的采用有效值法对电动阀门是否泄漏进行初步判断，得到初步判断结果，包括：
[0014]采用有效值法，计算泄漏声发射信号的有效值；
[0015]对所述泄漏声发射信号的有效值与预设值的A倍进行比较：
[0016]若所述泄漏声发射信号的有效值超过预设值的A倍，则初步判断结果为泄漏；
[0017]若所述泄漏声发射信号的有效值未超过预设值的A倍，则初步判断结果为未泄漏。
[0018]进一步地，所述有效值法的计算公式为：
[0019][0020]式中，RMS为泄漏声发射信号的有效值；N为采样点数；n的取值为1,2,3,
…
,N
‑
1；x(n)为输入的泄漏声发射信号。
[0021]进一步地，所述的基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别法，对电动阀门进行进一步泄漏类型判断，得到泄漏类型判断结果，包括：
[0022]对所述泄漏声发射信号，基于快速傅里叶变换进行频谱分析，得到泄漏声发射信号的频谱分布；根据所述频谱分布，提取泄漏数据特征向量；
[0023]根据所述泄漏特征向量，基于随机森林算法建立内漏和外漏的模式识别模型，对所述泄漏特征向量进行识别，输出表征电动阀门内漏和外漏的类别标签。
[0024]进一步地，根据所述频谱分布，提取泄漏数据特征向量，包括：
[0025]步骤A，对所述频谱分布进行等间隔划分，得到划分后的各分段频率；
[0026]步骤B，根据划分后的各分段频率，计算各分段频率的能量；所述各分段频率的能量的计算公式为：
[0027][0028]其中，j的数值代表电动阀门发生的泄漏类型，即内漏还是外漏；E
j,s
为第s段频谱的平均能量，s取值为1,2,3,
…
,S，其中S为泄漏声发射信号采样频率F
s
和频谱划分间隔Δf的比值；X(k
j,s
)是信号x(n)的频谱划分后第s段频谱，k
j,s
＝1,2,3,
…
,K
j,s
，K
j,s
为第s段频谱的谱线数；
[0029]步骤C，根据各分段频率的能量，计算泄漏声发射信号各分段频谱的能量比；所述各分段频谱的能量比的计算公式为：
[0030][0031][0032]其中，为分段频谱的能量比，E
j
为信号频谱的全频带能量；
[0033]步骤D，将计算得到的泄漏声发射信号各分段频谱的能量比作为一组特征，构造泄漏数据特征向量所述泄漏数据特征向用于基于随机森林算法建立内漏和外漏的模式识别模型建立的输入。
[0034]进一步地，所述基于随机森林算法建立内漏和外漏的模式识别模型的构建过程包括决策树生成部分和组合投票部分。
[0035]进一步地，所述基于随机森林算法建立内漏和外漏的模式识别模型的构建过程，具体为：
[0036]步骤a，对于包含M个样本的训练集，根据泄漏数据特征向量的计算步骤，计算各样本特征，得到M个样本的特征构成的初始的特征矩阵；从所述初始的特征矩阵中有放回地随机选择样本数量为K样本数据构成一个训练样本子集，将所述训练样本子集作为一颗决策树的初始训练集数据；其中，K<M；
[0037]步骤b，针对具有S个特征属性的样本子集，在单棵决策树的各个节点处，随机地从S个特征属性中选择n个特征属性，并且以节点不纯度G最小为标准从所述特征属性中选择部分特征属性，自上而下递归分裂产生二叉树；
[0038]步骤c，重复步骤b，直至该决策树遍历S个特征属性，得到一颗决策树；在整个决策树的生长过程中n保持恒定；
[0039]步骤d，根据步骤a至c，生成若干颗决策树；根据全部决策树构造随机森林分类器；并采用所述随机森林分类器对样本数据进行分类，得到分类结果。
[0040]进一步地，所述泄漏类型判断结果包括电动阀门外漏和电动阀门内漏；
[0041]所述电动阀门外漏为管路中的介质通过法兰结合面、阀杆与填料间的缝隙由阀门内部流向阀门外部的泄漏；
[0042]所述电动阀门内漏为阀体内部阀瓣密封面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法，其特征在于，该方法包括：获取核电厂反应堆一回路电动阀门的泄漏声发射信号；根据所述泄漏声发射信号，采用有效值法对电动阀门是否泄漏进行初步判断，得到初步判断结果；根据所述初步判断结果，当所述初步判断结果为泄漏，则基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别法，对电动阀门进行进一步泄漏类型判断，得到泄漏类型判断结果；当所述初步判断结果为未泄漏，则对电动阀门不进行进一步泄漏类型判断。2.根据权利要求1所述的一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法，其特征在于，所述泄漏声发射信号的获取方式是通过在核电厂反应堆一回路中靠近电动阀门法兰结合面、阀杆与填料密封处，以及靠近阀瓣与阀座密封面外侧的阀体上，采用涂抹耦合剂并用卡环压紧声发射传感器的方式。3.根据权利要求1所述的一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法，其特征在于，该方法还包括：对获取的所述泄漏声发射信号进行预处理，得到预处理后的泄漏声发射信号；所述预处理为对所述泄漏声发射信号进行去直流处理。4.根据权利要求1所述的一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法，其特征在于，所述的采用有效值法对电动阀门是否泄漏进行初步判断，得到初步判断结果，包括：采用有效值法，计算泄漏声发射信号的有效值；对所述泄漏声发射信号的有效值与预设值的A倍进行比较：若所述泄漏声发射信号的有效值超过预设值的A倍，则初步判断结果为泄漏；若所述泄漏声发射信号的有效值未超过预设值的A倍，则初步判断结果为未泄漏；所述有效值法的计算公式为：式中，RMS为泄漏声发射信号的有效值；N为采样点数；n的取值为1,2,3,
…
,N
‑
1；x(n)为输入的泄漏声发射信号。5.根据权利要求1所述的一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法，其特征在于，所述的基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别法，对电动阀门进行进一步泄漏类型判断，得到泄漏类型判断结果，包括：对所述泄漏声发射信号，基于快速傅里叶变换进行频谱分析，得到泄漏声发射信号的频谱分布；根据所述频谱分布，提取泄漏数据特征向量；根据所述泄漏特征向量，基于随机森林算法建立内漏和外漏的模式识别模型，对所述泄漏特征向量进行识别，输出表征电动阀门内漏和外漏的类别标签。6.根据权利要求5所述的一种基于随机森林的电动阀门泄漏模式识别方法，其特征在于，根据所述频谱分布，提取泄漏数据特征向量，包括：步骤A，对所述频谱分布进行等间隔划分，得到划分后的各分段频率；步骤B，根据划分后的各分段频率，计算各分段频率的能量；所述各分段频率的能量的
计算公式为：其中，j的数值代表电动阀门发生的泄漏类型，即内漏还是外漏；E
j,s
为第s段频谱的平均能量，s取值为1,2,3,
…
,S，其中S为泄漏声发射信号采样频率F
s
和频谱划分间隔Δf的比值；X(k

【专利技术属性】
技术研发人员：者娜，刘才学，彭翠云，闫晓，何攀，谭曙时，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：