壓力傳感器故障診斷裝置及其診斷方法與流程
2023-10-26 14:29:27
本發明屬於故障診斷技術領域，具體涉及一種壓力傳感器故障診斷裝置及其診斷方法。
背景技術：
壓力傳感器是工業實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用於各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建築、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、工具機、管道等眾多行業。一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號，模擬信號是指信息參數在給定範圍內表現為連續的信號。或在一段連續的時間間隔內，其代表信息的特徵量可以在任意瞬間呈現為任意數值的信號。壓力是工業生產中的重要參數之一，為了保證生產正常運行，必須對壓力進行監測和控制，只有排出壓力傳感器的故障，才能更好的應用壓力傳感器。
專利壓力傳感器故障診斷控制器(公開號：CN1163345)公開了一種內燃機中壓力傳感器故障診斷方法，該裝置通過測量由總負載中進入空氣量確定判斷壓力傳感器是否異常，雖然判定過程簡單，但存在很多不穩定因素，如空氣量是不確定量，沒辦法對壓力傳感器進行精確的故障診斷，判斷出壓力傳感器的具體問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種壓力傳感器故障診斷裝置及其診斷方法,結構簡單，能精準地對壓力傳感器進行故障診斷，經過計算分析，判斷出壓力傳感器的具體問題。
本發明提供了如下的技術方案：
一種壓力傳感器故障診斷裝置，包括機體和設在所述機體內的診斷系統，所述診斷系統包括採集預處理系統、分解計算系統和狀態顯示系統，所述採集預處理系統包括電源、壓力變送器和A/D轉換器，所述電源供電給所述壓力變送器，所述壓力變送器連接所述A/D轉換器；所述分解計算系統包括第一FPGA、第二FPGA、第三FPGA和第四FPGA，所述A/D轉換器連接所述第一FPGA的輸入端，所述第一FPGA的輸出端分別連接所述第二FPGA和所述第三FPGA的輸入端，所述第二FPGA和所述第三FPGA的輸出端共同連接所述第四FPGA的輸入端；所述狀態顯示系統包括與所述第四FPGA的輸出端連接的報警器和顯示器。
優選的，所述診斷系統還包括鍵盤，所述鍵盤分別連接所述第一FPGA、所述第二FPGA、所述第三FPGA和所述第四FPGA，對FPGA器件進行編程控制，方便系統維護升級。
優選的，所述機體上設有測量導線，所述測量導線一端連接所述壓力變送器，所述測量導線另一端連接壓力傳感器，採用所述測量導線對壓力傳感器進行連接測量診斷。
優選的，所述機體上設有顯示屏和報警指示燈，所述顯示屏內部和所述顯示器連接，顯示最終診斷結果，所述報警指示燈內部連接所述報警器，當被測壓力傳感器存在故障時，通過報警器直觀反映報警。
優選的，所述機體上設有鍵盤操作板和電源開關，所述鍵盤操作板內部連接所述鍵盤，方便操作故障診斷裝置，所述電源開關內部連接所述電源，對裝置進行啟動控制。
所述壓力傳感器故障診斷裝置的診斷方法：
S1：通過所述測量導線連接壓力傳感器，所述壓力變送器採集壓力脈動信號，並對採集到的壓力信號進行改進小波閥值去噪處理，降低壓力信號噪聲；
S2：預處理後的壓力信號進入所述第一FPGA，所述第一FPGA採用經驗模態分解方法對壓力信號進行分解，選取第一層信號，即高頻段信號作為繼續分析信號；
S3：繼續分析信號進入所述第二FPGA和所述第三FPGA進行功率譜分析，所述第二FPGA計算其斜率，作為第一特徵值，所述第三FPGA對同一壓力信號進行計算求出信號的主模態振動頻率與阻尼比，將三個特徵值組成特徵向量，完成壓力信號的特徵提取；
S4：特徵向量進入所述第四FPGA應用聚類分析發放進行聚類分析，確定故障類型，傳輸給所述狀態顯示系統，進行故障顯示。
本發明的有益效果是：採用多個FPGA器件對壓力採用信號進行快速分析處理，既簡化了複雜的模擬計算過程，又達到了快速準確分析的效果；採用多種組合計算方法，準確綜合分析故障原因和類型；機體結構簡單，測量準確，操作方便，適用於各種壓力傳感器的故障診斷。
附圖說明
附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中：
圖1是本發明內部結構示意圖；
圖2是本發明外部結構示意圖；
圖3是本發明的診斷方法流程示意圖；
圖中標記為：1.機體；2.測量導線；3.顯示屏；4.報警指示燈；5.鍵盤操作板；6.電源開關。
具體實施方式
如圖1所示，一種壓力傳感器故障診斷裝置內的診斷系統，診斷系統包括採集預處理系統、分解計算系統和狀態顯示系統，採集預處理系統包括電源、壓力變送器和A/D轉換器，電源供電給所述壓力變送器，壓力變送器連接A/D轉換器；分解計算系統包括第一FPGA、第二FPGA、第三FPGA和第四FPGA，A/D轉換器連接第一FPGA的輸入端，第一FPGA的輸出端分別連接第二FPGA和第三FPGA的輸入端，第二FPGA和第三FPGA的輸出端共同連接第四FPGA的輸入端，診斷系統還包括鍵盤，鍵盤分別連接第一FPGA、第二FPGA、第三FPGA和第四FPGA，對FPGA器件進行編程控制，方便系統維護升級；狀態顯示系統包括與第四FPGA的輸出端連接的報警器和顯示器。
如圖2所示，壓力傳感器故障診斷裝置的機體1上設有測量導線2，測量導線2一端連接壓力變送器，測量導線2另一端連接壓力傳感器，採用測量導線2對壓力傳感器進行連接測量診斷。機體1上設有顯示屏3和報警指示燈4，顯示屏3內部和顯示器連接，顯示最終診斷結果，報警指示燈4內部連接報警器，當被測壓力傳感器存在故障時，通過報警器直觀反映報警。機體1上設有鍵盤操作板5和電源開關6，鍵盤操作板5內部連接鍵盤，方便操作故障診斷裝置，電源開關6內部連接電源，對裝置進行啟動控制。
如圖3所示，本壓力傳感器故障診斷裝置的診斷方法：
S1：通過測量導線2連接壓力傳感器，壓力變送器採集壓力脈動信號，並對採集到的壓力信號進行改進小波閥值去噪處理，降低壓力信號噪聲；
S2：預處理後的壓力信號進入第一FPGA，由於壓力信號本身具有不同頻段的特徵，是多種頻段脈動的疊加體，為了使受到負壓波的影響而發生畸變的某種頻段脈動信號凸顯出來，需要對壓力脈動信號進行模態分解，第一FPGA採用經驗模態分解方法對壓力信號進行分解，根據對不同狀態的信號在不同頻段所顯示出的特徵，選取第一層信號，即高頻段信號作為繼續分析的信號；
S3：繼續分析信號進入第二FPGA和第三FPGA進行功率譜分析，第二FPGA計算其斜率，作為第一特徵值，第三FPGA對同一壓力信號進行計算求出信號的主模態振動頻率與阻尼比，將三個特徵值組成特徵向量，完成壓力信號的特徵提取；
S4：將不同故障類型的信號應用K-means聚類分析方法進行聚類分析，找出不同故障類型的邊界，確定故障類型的分類標準。特徵向量進入第四FPGA應用聚類分析發放進行聚類分析，確定故障類型，三個特徵值組成特徵向量，判斷其落在哪個區域內，就能夠確定處於哪種狀態，傳輸給狀態顯示系統，進行故障顯示。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。