用于发动机诊断的振动传感器信号的预处理制造技术

提供了一种方法以改进内燃机的诊断，所述内燃机包括气缸、曲轴、曲轴旋转角传感器（CRAS）、振动传感器、逻辑标记传感器，每一个传感器都产生相应的信号。所述方法预期：接收所述信号；把它们划分为多个空转周期；根据随机滤波、所述信号的准连续表达、卡尔曼滤波器、非线性随机滤波器，根据CRAS特性和准连续表达，确定所述曲轴的位置；-根据振动传感器的技术特性确定里斯发生器基函数；-以变元替换对所述信号进行二次离散；-对互反函数进行离散；-获得离散小波变换；-获得连续小波变换；-获得互反函数的离散小波变换；以及-产生输出数据。相对于所述离散变换中预定的下标划分二维阵列；计算经验概率分布函数。提供了进一步可选的诊断处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及提供诊断和监视内燃机的系统和方法，确切地说，涉及用于基于至少发动机振动的分析诊断发动机的系统和方法。
技术介绍
有多种多样的内燃机诊断系统，一般设计为检测这样的发动机的当前和将来故障。作为示范，授予Boutin等人的7，403，850号美国专利讲授了 “自动故障诊断系統”，其“运行在发动机压缩机组上，每个发动机气缸子组具有ー个振动传感器，并且每个压缩机气缸具有一个传感器。链接到曲轴相角窗ロ的振动信号(“VT”)标记各种发动机事件和压缩机事件。在数据采集学习模式下，对每种运转负载状态的每个发动机和压缩 机事件都存储VT，统计处理控制(SPC)理论识别报警阈值帯。允许操作员输入的超驰。如果没有存储基线数据，则系统自动进入学习模式。为了进行监视，获得当前的VT并且将当前的负载状态与将预定的发动机或压缩机事件链接到超欠VT的较早的负载设置和报警发布相匹配。对于曲柄箱流量、发动机气缸排气温度、点火系统诊断消息，设置基线数据、SPC分析、报警和监视。压缩机性能报警使用吸入和排出温度和压力”。因此，Boutin的系统利用了链接到曲轴相角的振动信号；在数据采集学习模式下，其使用SPC理论识别报警阈值帯。这样的系统的另一个实例是授予Takahashi的4，899，710号美国专利中介绍的“用于检测和确定内燃机中爆震的系统和方法，其中多种信号(发动机振动、发动机转速、节流阀的打开角、曲柄角、点火曲柄角等等)利用权重向量加权，以形成爆震判断信号。爆震判断信号与參考信号对比以确定爆震是否正在发生。根据利用外部测试设备提供的高度准确的爆震检测信息，确定此确定结果正确还是不正确。在各种发动机运转状态下正确答案的百分比上升的方向中校正权重向量。如此校正和学习的权重向量被用于在变化的发动机运转状态下执行高度准确的爆震检测。此过程能够重复，作为正常服务的一部分，以补偿老化效应”。所以他的系统分析发动机振动、曲柄角、点火曲柄角等。授予Vilim等人的5，745，382号美国专利公开了 “用于执行エ业设备的瞬时信号监视以查明运转状态的方法和系统。所述方法和系统包括以下步骤将训练数据读入存储器，确定神经网络加权值，直到实现目标输出接近于神经网络输出。如果目标输出不足，则确定小波參数以产生接近期望目标输出集的神经网络输出，然后提供表示エ业过程特性的信号并将神经网络输出与エ业过程信号对比以评估エ业过程的运转状态”。因此，Vilim的系统采用‘神经网络’方式评估设备的运转状态。授予Johnson的另ー个6，456，928号美国专利提议“用于在易出故障的系统中检测和预测參数偏差和隔离故障模式的方法和设备。在优选实施例中，提供了用于发动机的方法，包括航空器、汽车和エ业内燃机。不过，预期了许多其他应用。这样的发动机可以被描述为具有拥有当前參数值的监视点，其中监视点可以对应于单一物理传感器，或者对应于具有得自多个传感器的參数值的虚拟或推断的监视点。可以提供每个监视点參数的可接受范围、极限和数值，供本专利技术使用。处于可接受范围以外的參数可以被认为是偏差的。也可以提供模糊组，包括參数偏差的ー个或多个故障模式或物理原因。參数偏差在可选的滤波后可以产生偏差信号，随后通过模糊组分析以隔离造成偏差的ー个或多个故障模式。可以建议改进故障模式的发动机运转过程。也提供了把当前趋势映射到将来以在实际发生前预测偏差并早期隔离故障模式的方法。所述方法的一种优选用途是早期检测和隔离航空器发动机中的故障，引起校正动作，包括早期预防性保养”。以该专利技术人的观点，6，456，928号美国专利中提及的系统和方法代表了允许识别造成偏离正常状态的偏差的ー个或多个故障模式的有利分析方式。由于这个
不仅对于汽车制造商而且对于航空都至关重要，相应的组织和公司，包括受NASA资助的那些，已经进行了许多研究工作。报告NASA/CR — 2002-21148546专门陈述“振动监视的应用是发动机、监视和诊断学科中明显受关注的领域。通过振动监视最好地检测出某些发动机状态，比如轴承磨损。AGATE PMDS硬件被设计为可选地从直接安装在发动机上的振动传感器取得信息、处理振动数据以及根据该数据确定预诊断。在Honeywell AGATE计划中执行的、大学领导的研究已经显示出，对于活塞发动机，振动监视能够用于检测发动机状态，比如轴承磨损。不过，该团队发现，如同在传统的振动监视方法 中那样分析振动数据的频谱是不够的，而要使用振动时间信号的直接采样。这项初歩研究对一秒的发动机运转使用了 5000采样/秒，以便检测足以预测预诊断的发动机状态。将需要进ー步的研发，这样的可选的振动数据才能以可靠的方式用于发动机预诊断…。PMDS概念意在独立地监视发动机的性能，向飞行员提供连续的状态连同需要时的警告。这种数据的特定区段会经由特殊接ロ告知地勤人员。对PMDS的输入包括数字发动机控制器传感器和其他传感器。在PMDS的目前开发阶段，其监视并记录发动机參数并且把它们存储到发动机历史数据库中用于随后由离线诊断算法处理…”。尽管尚未显示出明确的结果，但是能够做出重要的结论振动分析在传统上一直基于的傅里叶级数方法被认识到对发动机振动诊断的进ー步进展是不够的。上述系统和方法也与一定的缺陷和缺点相关联。其振动分析主要针对彼此运行地结合的机构的老化和磨损监视。此外，大部分方法包括基于不足以反映信号的真实非稳定性质和引起这样的信号的发动机过程的几种假设的内燃机信号处理。众多专家已经做出无数尝试以分析从具体机构(如活塞环)的运转取得的信号，由于其信号几乎消失在发动机的噪声中的事实，这些尝试已经最终失败了。这已经引起以下公认观点利用隐含着信号稳态性质假设的谱分析仅仅分析发动机的旋转部件。在基于及时信号分析的第二组诊断方法中已经采取了另ー种方式。这种方式要求资深的专家，并且其特征也在于不稳定以及对接触位置和方式的依赖性。
技术实现思路
一般期望提供(A)全部或大多数发动机机构的分析(如阀门、喷射设备等的运转分祈)和导致这样的机构不正确运转的可能故障(如弹簧断裂等)的确定；(B)不仅监视燃烧过程的热力学參数，而且监视燃烧的动力学和燃烧混合物的扩散；(C)所述发动机的水气动力学分析；以及(D)所述机构运转的功能细节的确定，用于预测这样的机构的进一歩行为和发现将来故障的任何风险变化。据信为了实现上述目标，应当开发信号表达的新方法以及其处理中的计算操作。所以，本专利技术的作者尤为关注这样的方法和操作。确切地说，本专利技术旨在用于预处理振动传感器(加速度计)信号的新方法、设备和计算装置。如上所述，振动诊断的传统的‘经典方法’基于傅里叶级数振幅频率分析，有时也基于由操作员倾听高频宽带的宽带滤波、定量分析等。典型情况下，加速度计安装在所述发动机的适当位置中，并且所述加速度计不仅测量所述发动机的机械部件的振动，而且测量燃料混合物燃烧的过程引起的声流导致的振动。这引起所述信号的随机分量增大，因为所述燃烧是涉及复杂随机因素的湍流过程。所以，所述振动传感器(加速度计)信号是由振动源的至少两个分量引起的信号的结合由所述机械部件立即引起的(‘机械分量’)和由得自所述燃烧过程的声振动引起的(‘燃烧分量’)。另外，所述机械分量也包括由作用在任何机械部件上的外加力引本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢尔盖·阿纳托列维奇·基里洛夫，亚历山大·谢尔盖耶维奇·基里洛夫，尼古拉·比亚彻斯拉沃维奇·拉斯金，
申请(专利权)人：谢尔盖·阿纳托列维奇·基里洛夫，亚历山大·谢尔盖耶维奇·基里洛夫，
类型：发明
国别省市：