一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法與流程
2024-04-13 11:57:05 1
1.本發明涉及振動機械監測技術領域，尤其涉及一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法。
背景技術：
2.實現設備預測性維護的關鍵就是通過接入設備高頻振動數據，通過時域波形、頻域波形等數據進行分析，預測旋轉類設備運行狀況及將要發生的故障，並據此對設備進行提前維護或者更換，從而減少整個設備非計劃停機時間，避免因計劃外停機而帶來的經濟損失。
3.目前絕大多數採集高頻振動數據的方法分為以下兩種，一是通過手持點檢儀離線對設備進行檢測，該方法由於依賴人工，導致無法24小時不間斷進行監測，環境惡劣的場景下難以檢測且測量振動準確性較低等問題。二是安裝振動傳感器建設在線檢測系統，由于振動數據採集頻率高、傳輸數據量大，導致了系統建設對帶寬、存儲要求很高，且系統應用效果欠佳。現有技術存在著帶寬佔用高、存儲磁碟佔用高、數據刷新慢等問題。
技術實現要素：
4.本部分的目的在於概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本技術的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用於限制本發明的範圍。
5.鑑於上述現有存在的問題，提出了本發明。
6.因此，本發明提供了一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法，能夠解決測量振動準確性較低，帶寬佔用高、存儲磁碟佔用高、數據刷新慢的問題。
7.為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案，一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法，包括：
8.高頻振動數據實時採集；
9.對所述高頻數據邊緣實時分析，並得出分析結果；
10.將所述分析結果轉換與壓縮；
11.將轉換壓縮後的所述振動數據分析結果上傳。
12.作為本發明所述的用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的一種優選方案，其中：所述實時採集的高頻振動數據包括安裝在設備上的速度、加速度、位移、電渦流、壓力類型傳感器的數據。
13.作為本發明所述的用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的一種優選方案，其中：所述高頻數據邊緣實時分析包括，對採集的所述高頻數據進行類型轉換，將unsigned short類型數組除以固定倍率1000轉為float數組；
14.將轉換後的所述float數組進行降採樣得到時域波形，再進行傅立葉變換得到時域頻譜數據；
15.對float數組進行包絡分析後降採樣得到包絡波形，再進行傅立葉變換得到包絡頻譜數據；
16.對float數組進行包絡、積分、取平方根等算法計算獲取特徵值數據。
17.8.作為本發明所述的用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的一種優選方案，其中：對所述分析結果的轉換與壓縮包括，將所述特徵值數據進行二進位打包；
18.對波形數據計算倍率，所述倍率根據所述波形數據中最大值計算；
19.根據所述倍率將float類型數據轉換為unsigned short類型數據後使用7zip算法進行壓縮。
20.作為本發明所述的用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的一種優選方案，其中：所述波形數據包括，時域波形數據、包絡波形數據、時域頻譜數據和包絡頻譜數據。
21.作為本發明所述的用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的一種優選方案，其中：所述振動數據分析結果上傳包括，將所述時域頻譜數據和包絡頻譜數據採用長周期模式上傳，將所述特徵值數據採用短周期模式上傳。
22.作為本發明所述的用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的一種優選方案，其中：當所述波形數據的最大值在0-6.5535之間時倍率為10000，當波形數據的最大值在6.5535-65.535時倍率為1000，當波形數據的最大值在65.535-655.35之間時倍率為100，當波形數據的最大值在655.35-6553.5之間時倍率為10，當波形數據的最大值大於6553.5時倍率為1。
23.本發明的有益效果：相比於傳統數據採集方式相比，佔用帶寬更小、數據存儲量更小、數據刷新頻率更快且系統應用體驗更好。數據類型轉換後通過short類型壓縮後上傳，相比於float類型上傳，帶寬可降低70％。特徵值與波形數據分離上傳、存儲，相比於上傳至雲伺服器後進行計算存儲，可降低cpu、磁碟資源50％且數據刷新頻率提升60倍。同時本發明提出的方法實現簡單、移植性高，適用於大多數數據採集場景。
附圖說明
24.為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。其中：
25.圖1為本發明一個實施例提供的一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法流程示意圖；
26.圖2為本發明一個實施例提供的一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的原始採樣數據示意圖。
27.圖3為本發明一個實施例提供的一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的時域頻譜數據示意圖；
28.圖4為本發明一個實施例提供的一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的包絡波形數據示意圖；
29.圖5為本發明一個實施例提供的一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法的包絡頻譜數據示意圖。
具體實施方式
30.為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合說明書附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明，顯然所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本發明的保護的範圍。
31.在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
32.其次，此處所稱的「一個實施例」或「實施例」是指可包含於本發明至少一個實現方式中的特定特徵、結構或特性。在本說明書中不同地方出現的「在一個實施例中」並非均指同一個實施例，也不是單獨的或選擇性的與其他實施例互相排斥的實施例。
33.本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
34.同時在本發明的描述中，需要說明的是，術語中的「上、下、內和外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一、第二或第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
35.本發明中除非另有明確的規定和限定，術語「安裝、相連、連接」應做廣義理解，例如：可以是固定連接、可拆卸連接或一體式連接；同樣可以是機械連接、電連接或直接連接，也可以通過中間媒介間接相連，也可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
36.實施例1
37.參照圖1，為本發明的第一個實施例，該實施例提供了一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法，包括：
38.s1：高頻振動數據實時採集；
39.應說明的是，實時採集的高頻振動數據包括安裝在設備上的速度、加速度、位移、電渦流、壓力類型傳感器的數據，採樣率最高可達256000hz。
40.s2：對高頻數據邊緣實時分析，並得出分析結果；
41.更進一步的，高頻數據邊緣實時分析包括，對採集的高頻數據進行類型轉換，將unsigned short類型數組除以固定倍率1000轉為float數組；
42.先將轉換後的float數組進行降採樣得到時域波形數據，再進行傅立葉變換得到時域頻譜數據；
43.再對轉換後的float數組進行包絡分析後降採樣得到包絡波形數據，再進行傅立葉變換得到包絡頻譜數據；
44.最後對轉換後的float數組進行包絡、積分、取平方根算法計算獲取特徵值數據。
45.應說明的是，將加速度時域波形積分轉換為速度波形，計算公式如下：
[0046][0047]
其中x為加速度波形,輸出速度波形a。進一步將速度波形進行均方根運算得到特徵值數據，計算公式如下：
[0048][0049]
其中，a為速度波形值,計算結果為輸出特徵值。
[0050]
s3：將分析結果轉換與壓縮；
[0051]
更進一步的，將特徵值數據進行二進位打包；
[0052]
對波形數據計算倍率，倍率根據波形數據中最大值計算，當所述波形數據的最大值在0-6.5535之間時倍率為10000，當波形數據的最大值在6.5535-65.535時倍率為1000，當波形數據的最大值在65.535-655.35之間時倍率為100，當波形數據的最大值在655.35-6553.5之間時倍率為10，當波形數據的最大值大於6553.5時倍率為1；
[0053]
根據倍率將float類型數據轉換為unsigned short類型數據後使用7zip算法進行壓縮。
[0054]
應說明的是，波形數據包括，時域波形數據、包絡波形數據、時域頻譜數據和包絡頻譜數據。
[0055]
s4：將轉換壓縮後的所述振動數據分析結果上傳。
[0056]
更進一步的，振動數據分析結果上傳包括，將特徵值按指定短周期(根據實際需求決定，例：5s)進行數據上傳；壓縮後的波形數據按指定長周期(根據實際需求決定，例：5min)進行數據上傳
[0057]
實施例2
[0058]
參照圖2-5，對本方法中採用的技術效果加以驗證說明，本實施例選擇傳統的技術方案和採用本方法進行對比測試，以科學論證的手段對比試驗結果，以驗證本方法所具有的真實效果。
[0059]
通過如表1所示的安裝信息表格，配置採集ip、通道以及傳感器的類型和參數，設置採樣頻率後進行數據採集。
[0060]
表1：安裝信息記錄表
[0061][0062]
與現有的技術相比，本發明提出的一種用於高頻振動數據快速分析的邊緣計算方法，相比於傳統數據採集方式相比，帶寬可降低70％，特徵值與波形數據分離上傳、存儲，相比於上傳至雲伺服器後進行計算存儲，可降低cpu、磁碟資源50％且數據刷新頻率提升60倍，如表2所示。
[0063]
表2：處理前後帶寬、存儲量、刷新頻率對比
[0064][0065]
應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
[0066]
本技術是參照根據本技術實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
[0067]
這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計
算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
[0068]
儘管已描述了本技術的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本技術範圍的所有變更和修改。
[0069]
顯然，本領域的技術人員可以對本技術進行各種改動和變型而不脫離本技術的精神和範圍。這樣，倘若本技術的這些修改和變型屬於本技術權利要求及其等同技術的範圍之內，則本技術也意圖包含這些改動和變型在內。