使用聲發射方法檢測空調異常的設備和方法
2023-05-23 17:26:36
專利名稱：使用聲發射方法檢測空調異常的設備和方法
技術領域：
本發明涉及檢測空調故障的設備和方法，尤其涉及用聲發射方法檢測空調異常的設備和方法。
空調用於將房間溫度保持在一個理想狀態，為壓縮製冷劑它必須有一個製冷劑壓縮機以轉換製冷劑的相。而總體上來說給空調帶來最致命影響的就是壓縮機。
圖1是一種相關技術中的空調的戶外單元。
由圖1可知，底盤18上裝有一個壓縮機100，它位於戶外單元的前殼10和後殼12之間。該壓縮機中壓縮後的製冷劑通過相的變化，在熱交換器14中放出熱量，並將其提供給戶內單元(未在圖中標出)。
以下參考圖2、圖3對相關技術的系統中的空調壓縮機100進行說明。如圖所示，壓縮機100設有一個外殼101，其內藏有一個用於壓縮製冷劑的機械裝置，還包括一個蓄液器103用於將製冷劑送入壓縮機中。外殼101內有一個電動機102，用於產生壓縮製冷劑所需的能量，另外還有一個壓縮部分，通過使用電動機產生的能量來壓縮製冷劑。壓縮部分包括一個帶有吸入孔104的柱體105，以及處於上和下軸承106和107之間的壓縮室108。壓縮室108中可旋轉地固定有一個偏心軸109，如圖3所示。偏心軸109上裝有一個旋轉活塞110，用於與壓縮室的內表面保持持續的接觸。
在這種系統中，當給壓縮機供能時，外殼101內的電動機102開始運行，並旋轉偏心軸109。當旋轉活塞110靠著壓縮室108內壁旋轉時，被彈簧112彈性安裝在柱體105上的葉片111與該旋轉活塞110的外徑周期性地接觸，從而將製冷劑從蓄液器103中吸出，通過柱體105上的吸入孔104，將其送到壓縮室108中。旋轉活塞110旋轉時，吸出的製冷劑被壓縮，並通過一個出口排到壓縮機外。作為製冷循環系統基本性能所依賴的重要部件，一個有缺陷的壓縮機會給整個空調帶來嚴重的影響，實際上這種影響嚴重到了影響整個空調使之產生故障，因此對壓縮機自身的檢查非常重要。由於壓縮機的故障實際上直接影響空調自身的故障，因此對壓縮機的檢測就成為判定空調故障的一個判斷標準。然而僅僅通過外觀從機械特性來確定壓縮機自身缺陷並不容易，而且實際上最重要的是判定空調自身的缺陷，因此恰當檢測空調缺陷的方法是僅僅在壓縮機已安裝到空調上時，才判斷其是否存在缺陷。
現在簡要回顧從整體上判斷已完成的空調中的缺陷的相關技術的方法。已有的最基本的方法是將一臺已完成的空調在空調生產線上使之工作於一個額定功率下，再由一個熟練工人通過視覺和聽覺來檢測空調的震動和噪聲，由此確定空調的缺陷。然而，由於基於感覺的方法容易受到生產線的環境和檢測人員的主觀看法的影響，因此無法完全確保這種方法的可靠性。而由於這種基於感覺的判定方法存在的問題，目前廣泛使用的一種方法是通過空調傳輸線上的傳感設備來檢測工作電流，基於測得的電流來判斷空調的缺陷。
然而，這種電流檢測方法也存在缺陷，那就是當處於非正常損耗狀態或其他相似的情況，如材料的不平衡、部件加工的誤差和/或裝配誤差以及其他問題，這時想要正確判定空調的故障是不可能的。這是因為電流感知方法是基於通常因素中的電流，如處於兩相工作下的壓縮機的低壓縮、反向放電、電子噪聲、反常噪聲、低輸出以及類似情況等。例如，當問題出自壓縮機中各部件的加工或裝配誤差時，就無法正確地判定空調故障。為了應付這種情況，發明者提交了一份1999年6月15日公布的韓國專利申請192251，其中提出了一種使用聲發射方法來判定壓縮機故障的方法。而這種方法有一個使用的先決條件，即僅僅驅動壓縮機，而不是空調本身，因此這種方法在判定已組裝有壓縮機的整個空調的故障時效率較低。
因此，本發明的目的在於克服相關技術中的問題和缺陷，提供一種使用聲發射方法檢測空調異常的設備和方法。
本發明的一個目的是提供使用聲發射方法檢測空調缺陷的方法和設備，它可以檢測處於裝配狀態並帶有壓縮機的空調的缺陷。
本發明的附加特徵和優點在隨後的敘述中加以說明，這部分地通過敘述將是清楚明白的，也可以通過對發明進行實踐來加以掌握。本發明的目的以及其他優點將會通過說明文本及權利要求書還有附圖中特別指出的結構來實現和獲得。
為了獲得這些和其他優點並依據本發明的目的，如具體和詳細說明中所述，檢測空調異常的方法，包括以下步驟(1)檢測空調運行時來自空調的壓縮機的聲發射信號，(2)由檢測到的聲發射信號來檢測各單獨部件的參數，以及(3)將檢測到的參數分別與每個參數的基準值相比較，以便從整體上判定空調異常。
步驟(1)是自從空調在額定功率下運行，已運行了預定的一段時間後才執行的，這樣就能確認判定的是工作於額定功率下的空調的異常。
在步驟(2)中檢測到的參數是一個AE絕對平均值，它是同一頻率的信號之和除以整體數據個數所得到的值，檢測到的或是一個AE能量值，它是檢測到的AE信號平方和的平方根。由實驗可知，這些參數是判定空調異常的最基本要素，依賴這些參數的判定可以得到最可靠的結論。
本發明的其他方面，提出了一種檢測空調異常的方法，它包括如下各步驟(1)在空調運行時檢測來自空調壓縮機的聲發射信號，(2)將AE絕對平均值與它的基準值相比較，其中AE絕對平均值是測得的聲發射信號中相同頻率的信號之和除以整體數據個數所得到的值，(3)如果在步驟(2)測得的AE絕對平均值處於其基準值的一個範圍內，則將AE能量值與基準值相比較。其中AE能量是測得信號平方和的平方根。由此，僅僅在AE絕對平均值和AE能量值都處於基準值範圍內時才能確定空調正常。
本發明的其他方面，提出了一種檢測空調異常的設備，它包括一個聲音傳感設備，並將之在壓縮機的葉片附近與壓縮機相接觸，以感知來自空調中壓縮機的聲發射信號。該設備還包括一個比較和判定部分，用於將AE絕對平均值與它的基準值相比較，以確定空調異常，其中AE絕對平均值是傳感設備檢測到的信號當中相同頻率信號之和除以整體數據個數所得到的值。
比較和判定部分還將AE能量值與基準值相比較，以判定空調異常，其中AE能量值是測得AE信號平方和的平方根。
本發明中檢測空調異常的設備可以檢測到最精確的AE信號，這樣就可以精確檢測出空調異常。
聲發射傳感設備包括一機體，具有一內凹曲面22，以適應空調壓縮機的外表面形狀，在該內凹曲面上裝有一個傳感器，用於感知壓縮機產生的AE信號，機體另一側裝有手柄供使用者拿取。
手柄上有一個用於控制傳感設備工作的開關。
傳感設備允許用戶可以輕鬆使用該設備，並在壓縮機上準確選擇希望的位置，以精確檢測AE信號。
上述的一般性說明和以後的細節說明都是用作示範和解釋說明的，用於提供對權利要求更深入的解釋。
附圖用於對發明進一步說明以便於理解，在此併入並作為詳細說明書的一部分，對發明的實施例進行圖解說明，並與詳細說明一起解釋發明的原理。
在圖中圖1是相關技術中的空調戶外單元的分解透視示意圖；圖2是相關技術中空調壓縮機的縱向截面視圖；圖3是相關技術中空調內的壓縮機的橫截面視圖；圖4是根據本發明優選實施例的檢測方法的示例說明；圖5是顯示在各個檢測位置測得信號的曲線圖；圖6是根據本發明優選實施例的傳感設備的設計圖；圖7是本發明完整設備的原理框圖；圖8A是顯示平均值是否正常的圖表；圖8B是顯示能量值是否正常的圖表；圖8C是顯示曲線峰態值是否正常的圖表；以及圖9是根據本發明優選實施例的檢測異常方法的流程圖。
以下對本發明優選實施例的方案進行詳細說明，附圖中圖示了其示例。以下的說明中，如有必要，將參考圖1或圖2對壓縮機的內部結構進行說明。
首先對用於本發明的聲發射方法進行回顧，在結構體中，如果由於摩擦、破裂或洩漏等其它相似原因而產生衝擊、磨損，而這對材料來說，即材料中的原子移動時，會產生高頻信號。在聲學方法中，通過檢測和分析高頻信號，可以確定結構體的異常。儘管非破壞性的測試，如果使用雷射束和超聲波，可以有效地檢測出靜態裂縫或測量距離，但通過檢測聲發射信號來監控和診斷狀態則可以有效地判定動態過程中產生的裂縫、破損或洩漏。由於壓縮機是空調中最重要的部分，因此本發明提出通過檢測來自壓縮機的聲發射信號來判定空調缺陷。需要指出的是本發明所使用的方法是基於整個空調處於運行狀態時檢測到的壓縮機所發出的聲發射信號，而發明者的現有技術方法中，檢測的僅僅是壓縮機處於工作時來自壓縮機的聲發射信號，在這一點上二者有很大區別。也就是說，對已裝配有壓縮機的完成的空調中壓縮機發出的聲發射AE信號所做的檢測，是在整個空調處於工作狀態時對聲發射信號進行檢測的，實際上只有測得的聲發射信號來自整個壓縮機且此時空調正在運行，得到的結果才是有意義的。而用於檢測AE信號的傳感器可以是任意類型，例如PICO型AE傳感器。
需要注意的是應選擇合適連接位置以使AE傳感器能夠獲得較好的AE信號。這就應當選擇一個當空調運行時，能夠產生最穩定的AE信號的位置。如圖4和圖5所示，通過AE傳感器在壓縮機外殼101上的不同位置測得的AE信號結果(從圖4的Nos.1到10的位置)，可知在一特定位置可以檢測出最穩定的AE信號。例如，圖4中在Nos.5-8位置的附近，也就是在葉片111附近檢測到最穩定的AE信號。這就是說，當空調工作時，可以在壓縮機的葉片111附近檢測到最穩定的AE信號，這一點可以通過壓縮機的結構而得到充分證明。參考圖1和圖2中壓縮機的結構，當偏心軸109旋轉而帶動壓縮室108中的旋轉活塞110時，旋轉活塞110每旋轉一次都與葉片111相接觸，從而發生一次碰撞。壓縮機內部由此而產生的碰撞大部分轉變成聲音信號，這樣在葉片111附近就能出現最穩定和獨特的AE信號。由圖4和圖5可知，AE傳感器置於葉片111附近可以獲得最穩定和可靠的AE信號。
參照圖6，對根據本發明的優選實施方案的AE傳感器進行說明。圖6表明了根據本發明的優選實現方案的一種傳感設備的設計圖。
參照圖6，根據本發明首選方案的傳感設備包括一個裝有AE傳感器24的機體20，和其上連有的一個手柄10，供使用者拿取。裝有AE傳感器24的機體20有一向內凹曲的表面22，以適應壓縮機的外表面形狀。手柄10與機殼20之間例如用如螺栓14固定在一起，手柄10上有用於控制AE傳感器24運行的開關12。這樣，使用者握住手柄，將曲面22靠向壓縮機的外表面，使曲面22上的傳感器24置於葉片111附近的位置。應當這樣製造該AE傳感器，以便當空調完成組裝並在額定功率下工作的狀態下在生產線上移動空調過程中，AE傳感器與空調中的壓縮機緊密接觸預定時間周期時，能檢測在空調中所產生的AE信號。
以下說明用AE傳感設備檢測AE信號的過程，圖7是說明本發明完整設備的原理框圖。
如圖7所示，AE傳感器在葉片111附近與壓縮機外殼101緊密接觸，檢測已在生產線上裝配好的，運行中的空調所產生的AE信號。檢測到的AE信號在一放大器100中被放大。需要的話可以在放大器100中設置一個濾波電路來濾出理想的信號，或另外提供一個分離的濾波裝置。經過放大和濾波的AE信號被提供給比較和判定部分120，以便從整體上與基準值相比較來判定空調異常。例如，工業或個人計算機可用作比較和判定部分120。以後將會說明，比較和判定部分120具有基準值，如AE絕對平均值、AE能量值或峰態值等其他類似的值來確定異常。在空調已使用了一段預設的時間後，再對空調的AE信號進行檢測是比較恰當的。也就是說，由於通常從空調在生產線上初始運行到具有一個穩態響應需要一定時間，最好是在經過一段時間的運行後當空調顯示穩態響應特性後再使用AE傳感器檢測AE信號。從實驗可知需要3到5分鐘的時間來使空調產生穩態響應。然而，產生穩態響應特性所需時間隨空調的容量及其操作特性變化，該時間段無法固定，即使沒有變化。
以下討論基準值，由於比較和判定由AE傳感器得到的所有信號是一項量很大的工作，為了提高本發明中判定故障的效率，在判定空調缺陷的過程中，從檢測出的AE信號中選擇了恰當的參數，並將其與各個基準值相比較。判定空調缺陷的參數其中之一是AE信號的絕對平均值，它是一個特定頻率所有信號之和與整體信號數據個數相除得到的值，該值可以表示為1NQi=0N|xi|]]>。這種絕對平均值，表示待測信號的整體產生程度，因此被認為是最重要的參數。另一個參數是AE能量值，它是AE信號平方和的平方根，表示為Qi=0Nxi2]]>例如，當高頻信號在曲線圖中被表示時，可以將AE能量值看作是整流的高頻信號所組成的區域。也就是說，由於平方運算使得，當測得信號小於1時，信號會變得更小；而當測得信號大於1時，信號變得更大。因此AE能量值在作為參數描述信號的耐久度和幅度時是有意義的，並可去除太小而不能使用的信號。另外一個用於說明的參數是峰態值(Kurtosis)，它是測得的數據峰值的程度，通過將其作為參數，可以判定故障是連續的，還是突髮型的缺陷，其值可如下表示NQi=0N(AbsMean-xi)4(Qi=0N(AbsMean-xi)2)2]]>圖8A到圖8C是用於確定前述參數正常與否的示例曲線圖。根據通過許多次重複實驗所獲得數據可以固定用於判定參數正常與否的基準值。對上述參數的操作可以在圖7所示的比較和判定部分進行。
參照圖9，對使用上述參數的檢測空調異常的方法的步驟進行說明。
在信號經過一個需要的處理過程後，接收到AE傳感器檢測的信號時，比較和判定部分120通過計算得出參數值，然後將其與各個基準值相比較。首先，步驟202中，將AE絕對平均值與基準值相進行比較，如前述說明，由於絕對平均值被判定大於基準值，該結果暗示來自空調的信號之和大於預先設置的基準值，這樣就很有可能是壓縮機存在故障。於是在步驟204中，峰態值與基準值相比較，如果步驟204中判定，比較結果是峰態值大於基準值，則實際上處理過程前進到步驟206來判定壓縮機存在故障。在這個示例中，回顧步驟206所判定的結果，可知峰態值是高峰態的突髮型。如果步驟204確定，比較結果是峰態值小於基準值，則處理過程前進到步驟304來判定壓縮機異常。並且，如對判決結果作解釋，由於能量值處於一種非必需的低噪聲已去除的狀態，如果步驟302中判定能量值大於基準值，則在步驟304中判定壓縮機為異常。根據上述解釋的相同理由，可知實際上壓縮機在步驟304中被判定為異常，則暗示異常是持續的。如果步驟302中判定能量值低於基準值，則在步驟306中判定空調為正常。
總之，可知上述判定方法基於以下情況。只要AE絕對平均值落到一個正常範圍中(不超過基準值)，且能量值不超過基準值，則可判定壓縮機工作正常。並且，各參數的基準值可以從多次試驗得到的數據中確定。
前面已經說明，本發明用於檢測空調異常的設備和方法可以在空調已完全裝配好的狀態下檢測，這就能將產品貨運時產生的故障減至最少，以提高產品的可靠性。
對本領域的熟練的技術人員來說，在不超出本發明的宗旨和範圍的情況下對本發明中檢測空調故障的方法和設備進行各種修改和變化是顯而易見的，因此在本發明的權利要求範圍內對發明所進行的各種修改和變化，都落入本發明的保護範圍。
權利要求
1．一種檢測空調異常的方法，包括以下各步驟(1)在空調運行時檢測空調壓縮機發出的聲發射信號；(2)從測得的聲發射信號檢測出特定部件的參數；(3)將檢測出的參數值與各自基準值進行比較，以便從整體上判定空調異常。
2．根據權利要求1所述的方法，其特徵在於步驟(1)是在空調已在額定功率下運行了一段預設的時間後執行的。
3．根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於步驟(2)中檢測出的參數是AE絕對平均值，它是同一頻率所有信號之和被整體數據個數除得到的值。
4．根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於步驟(2)中所測參數是AE能量值，它是測得的AE信號平方和的平方根。
5．一種檢測空調異常的方法，包括以下各步驟(1)在空調運行時檢測空調壓縮機發出的聲發射信號；(2)將AE平均值與基準值相比較，其中AE絕對平均值是檢測出的聲發射信號中相同頻率信號之和被整體數據個數除得到的值；(3)若步驟(2)中判定AE絕對平均值處於基準值範圍內，則將AE能量值與一基準值相比較，其中AE能量值是測得信號的平方和的平方根；由此當AE絕對平均值和AE能量值均處於各自基準值範圍內時，則判定空調工作正常。
6．一種檢測空調異常的設備，它包括一個在壓縮機的葉片附近與壓縮機緊密接觸的聲音傳感設備，用於感知空調壓縮機發出的聲發射信號；一個用於對AE絕對平均值和基準值進行比較，並判定空調異常的比較和判定部分，其中AE絕對平均值為傳感器檢測出的信號中同一頻率的信號之和被整體數據個數除得到的值。
7．根據權利要求6中所述設備，其特徵在於比較和判定部分還將AE能量值和基準值進行比較，以判定空調異常，其中AE能量值是測得AE能量信號的平方和的平方根。
8．根據權利要求6所述的設備，其特徵在於其聲音傳感設備包括一個有向內凹曲的表面22的機體，以便與空調壓縮機的外側形狀相符合，一個安裝在向內凹曲的表面上的檢測壓縮機產生的AE信號的傳感器，一個連接於機體一側便於使用者拿取的手柄。
9．根據權利要求8所述的設備，其特徵在於手柄上有一個用於控制傳感設備運作的開關。
全文摘要
用於檢測空調故障的設備和方法,該方法包括步驟:(1)在空調運行時檢測來自空調壓縮機的聲發射信號,(2)從測得的聲發射信號檢測出特定部分的參數值,(3)將參數值分別與各自的基準值相比較,以便從整體上判定空調故障,最為可靠地檢測出空調異常。
文檔編號F24F11/02GK1318718SQ00132208
公開日2001年10月24日 申請日期2000年11月7日 優先權日2000年4月18日
發明者李淦圭, 姜明昌, 金井石, 金傅河 申請人:Lg電子株式會社