一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，该方法包括以下步骤：步骤一：利用力锤激励流量计振动管，并采集激励和响应信号；步骤二：基于激励和响应信号计算频响函数H(ω)；步骤三：基于频响函数特性构造经验小波基函数；步骤四：对频响函数进行经验小波变换提取与振动管刚度和阻尼有关的特征信息，并选定敏感特征信息；步骤五：计算敏感特征信息的能量作为检测指标；步骤六：依据检测指标的变化识别振动管故障严重程度和位置，基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，解决了现有检测方法需要停机、检测周期长、效率低、成本高且耗费大量人力和物力的问题。成本高且耗费大量人力和物力的问题。成本高且耗费大量人力和物力的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法


[0001]本专利技术属于计量设备
，适用于现场实时检测流量计振动管故障状态，特别是涉及一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法。

技术介绍

[0002]科氏质量流量计，流体在旋转的管内流动时会对管壁产生一个力，由美国高准(MicroMotion)公司的创始人根据此原理研发出世界上第一台可以实际使用的质量流量计。科氏质量流量计由于具有可直接测量质量流量、测量流体范围广、测量精度高、可多参数测量、安装简便等优点，已广泛应用于石油、化工、食品、制药等流量计量领域，并发挥着种重要作用，科氏质量流量计是利用流体流过振动管道时产生的Coriolis效应对管道两端振动相位的影响来测量流过管道流体质量，科氏质量流量计服役中振动管故障(磨损、挂壁等)是影响其测量精度、可靠性和安全性的关键因素；因此，检测科氏流量计服役状态、识别振动管故障，是提高科氏流量计测量精度、可靠性和安全性的迫切需求。
[0003]目前科氏流量计服役状态、识别振动管故障主要采用定期拆装、离线检测的方法对质量流量计进行故障检测；在实际检测的过程中，这种定期离线检测方法存在的问题：一是采用离线的检测方式，停机时间较长，影响流量计工作效率；二是需要拆卸和重新安装振动管，耗费大量的人力和物力，检测成本高、效率低；三是检测周期较长，在检测周期内，不能实时监测流量计的异常工作状态，随着振动管故障程度的不断增加，科氏流量计的测量精度不断降低，会产生较大的测量误差。因此，需要一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，来解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，以解决现有检测方法需要停机、检测周期长、效率低、成本高且耗费大量人力和物力的问题。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0006]步骤一：利用力锤激励流量计振动管，并采集激励和响应信号；
[0007]步骤二：基于激励和响应信号计算频响函数H(ω)；
[0008]步骤三：基于频响函数特性构造经验小波基函数；
[0009]步骤四：对频响函数进行经验小波变换提取与振动管刚度和阻尼有关的特征信息，并选定敏感特征信息；
[0010]步骤五：计算敏感特征信息的能量作为检测指标；
[0011]步骤六：依据检测指标的变化识别振动管故障的大小和位置。
[0012]所述采集激励和响应信号，在振动管采集线圈位置处安装加速度传感器，在激励线圈位置处施加水平的冲击激励，按一定采样频率采集振动管的冲击激励信号f(t)和响应信号x(t)。
[0013]所述步骤二、步骤三、步骤四中计算过程如下：
[0014]1)，通过快速傅里叶变换(FFT)获得振动管冲击激励信号f(t)和响应信号x(t)的频谱F(ω)和X(ω)，ω为频率；并计算获得振动管频响函数
[0015]2)，根据振动管频响函数特性，分析与振动管刚度和阻尼有关的特征信号，选定与振动管状态有映射关系的特征信号。选定特征信号的频带边界为ω＝[ω1，ω2，ω3，ω4]；
[0016]3)，根据选取的频带划分边界构造经验小波变换的尺度函数和小波函数其构造过程分别如下：
[0017][0018][0019]其中，
[0020]ω为频率，ω
n
，ω
n+1
为相邻两个频谱划分的边界；
[0021]4)，基于步骤2)、3)构造的经验小波基函数对振动管频响函数信号进行分解，其分解过程如下：
[0022][0023][0024]其中，H(ω)是振动管的频响函数；和分别是和的共轭复数。W
H
(0,ω)和W
H
(n,ω)分别为低频和高频特征信号；
[0025]5)，通过改进的经验小波变换后，得到W
H
(0,ω),W
H
(1,ω),W
H
(2,ω),W
H
(3,ω)和W
H
(4,ω)特征信号，并选取W
H
(1,ω)和W
H
(3,ω)作为振动管敏感特征信号。
[0026]所述步骤五中计算过程如下：
[0027]1)，分别计算敏感特征信号W
H
(1,ω)和W
H
(3,ω)的能量和Y1
index
和Y2
index
计算公式如下：
[0028][0029][0030]2)，利用标准振动管的能量和值Y1
标
和Y2
标
对振动管能量和Y1
index
和Y2
index
进行归一化处理，得到检测指标值和如下式所示：
[0031][0032][0033]所述步骤六中识别振动管故障依据检测指标检测振动管故障严重程度，结合检测指标确定振动管故障位置；其中，检测指标越小说明振动管不平衡故障越严重、检测指标越小说明振动管故障位置离振动管中间位置越远，结合检测指标值和可有效识别振动管故障严重程度和位置。
[0034]本专利技术的有益效果是：
[0035]本专利技术的一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，利用振动管的冲击激励和响应信号计算振动管的频响函数，基于构造的经验小波变换方法直接从频响函数中提取与振动管刚度和阻尼有关的特征信号，并选定敏感特征信号，基于敏感特征信号构造振动管状态检测指标，实现质量流量计振动管故障严重程度及其位置的识别，基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，解决了现有检测方法需要停机、检测周期长、效率低、成本高且耗费大量人力和物力的问题。
附图说明
[0036]图1为本专利技术基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法流程图。
[0037]图2为流量计振动管冲击激励和响应信号采集实验装置示意图。
[0038]图3为采集到的振动管力锤激励信号，图中横坐标表示采样时间，单位为s；纵坐标表示激振力，单位为N。
[0039]图4为采集到的振动管响应信号，图中横坐标表示采样时间，单位为s；纵坐标表示振动幅值，单位为mm。
[0040]图5基于冲击激励和响应信号得到的频响函数，图中横坐标表示频率，单位为Hz；纵坐标表示频率幅值，单位为mm。图中红线表示经验小波基函数构造时频谱的划分边界；
[0041]图6为基于检测指标对本实验中的5种状态振动管进行检测的结果，图中横坐标表示振动管状态，每种状态包含10个样本，纵坐标表示检测指标的值。
[0042]图7为基于检测指标对本实验中的5种状态振动管进行检测的结果，图中横坐标表示振动管状态，每种状态包含10个样本，纵坐标表示检测指标的值。
具体实施方式
[0043]下面将结合附图，对本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一：利用力锤激励流量计振动管，并采集激励和响应信号；步骤二：基于激励和响应信号计算频响函数H(ω)；步骤三：基于频响函数特性构造经验小波基函数；步骤四：对频响函数进行经验小波变换提取与振动管刚度和阻尼有关的特征信息，并选定敏感特征信息；步骤五：计算敏感特征信息的能量作为检测指标；步骤六：依据检测指标的变化识别振动管故障严重程度和位置。2.如权利要求1所述的一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，其特征在于，所述步骤一中采集激励和响应信号，在振动管采集线圈位置处安装加速度传感器，在激励线圈位置处施加水平的冲击激励，按一定采样频率采集振动管的冲击激励信号f(t)和响应信号x(t)。3.如权利要求1所述的一种基于冲击振动的质量流量计故障在线检测方法，其特征在于，所述步骤二、步骤三、步骤四中计算过程如下：1)，通过快速傅里叶变换(FFT)获得振动管冲击激励信号f(t)和响应信号x(t)的频谱F(ω)和X(ω)，ω为频率；并计算获得振动管频响函数2)，根据振动管频响函数特性，分析与振动管刚度和阻尼有关的特征信号，选定与振动管状态有映射关系的特征信号。选定特征信号的频带边界为ω＝[ω1，ω2，ω3，ω4]；3)，根据选取的频带划分边界构造经验小波变换的尺度函数和小波函数其构造过程分别如下：其构造过程分别如下：
其中，ω为频率，ω
n
，ω
n+1
为相邻两个频谱划分的边界；4)，基于步骤2)、3)构造的经验小波基函数对振动管频响函数信号进行分解，其分解过程如下：程如下：其中，H(ω)是振...

【专利技术属性】
技术研发人员：思悦，孔令飞，马嘉豪，张朝辉，李鹏飞，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：