專利名稱：機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉一種動力工程技術(shù)，尤其是涉及一種機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著鐵路列車的提速和高速鐵路的大面積推廣，列車運行安全問題日益受到人們的高度重視，特別是行駛時速高達350千米的高速列車更是要時刻關(guān)注機車在運行過程中的可靠性和穩(wěn)定性問題。一旦機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)系統(tǒng)發(fā)生故障而未能被及時發(fā)現(xiàn)的話，輕則列車中途停駛、影響整條線路的正常運行，重則很可能出現(xiàn)嚴重的車毀人亡事故。 但是，在高速運行中的列車如何才能實時監(jiān)控機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并非易事，其中的技術(shù)難點在于(1)為了確保高速列車具有良好的氣動特性和駕駛室與車廂等的密封性，機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)系統(tǒng)所發(fā)出的聲響已經(jīng)被良好封閉，司機與乘務(wù)人員根本不可能會從機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)系統(tǒng)突發(fā)出現(xiàn)的異常聲響來覺察其可能存在的故障；(2)盡管機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)置了種類與數(shù)量繁多的傳感器和檢測儀器，但是受到當(dāng)前技術(shù)的限制，除了速度、扭矩、溫度、液壓等常規(guī)參數(shù)能夠得到實時檢測夕卜，根本不可能對諸多非常規(guī)運行參數(shù)實施直接或間接的檢測，如傳動軸的疲勞、緊固螺釘?shù)钠谂c斷裂等。可見，尋找一種新技術(shù)用于實現(xiàn)高速列車動態(tài)故障的實時檢測，事關(guān)高速列車運行安全性。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，張友亮、何瑞香的“內(nèi)燃機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷綜述”(《山東內(nèi)燃機》2005年第1期)從監(jiān)測信號(參數(shù))、信號特征提取方法、信息融合識別方法等方面對內(nèi)燃機目前的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷進行了綜述。概括地介紹了 “以故障信號的檢測及處理為基本技術(shù)，以故障信號處理和特征提取理論為基本理論，以基于特征的故障信息融合識別為基本方法?！本唧w提及的內(nèi)燃機故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測特征提取分析方法，包括幅值域分析法、頻域分析方法、小波分析方法、分形理論方法、證據(jù)理論方法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、模糊數(shù)學(xué)方法和灰色理論方法等。顯而易見，該文獻所提及的這些方法對內(nèi)燃機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷均需要在內(nèi)燃機狀態(tài)參數(shù)檢測的基礎(chǔ)上，實施特征提取與分析，而且每種方法有其特定的適用范圍 ’另夕卜，在線檢測與識別過程根本不可能依賴上述所有方法逐一“采用”一遍后，來對發(fā)生的故障作出結(jié)論，因此無法滿足動力系統(tǒng)故障診斷的實時性要求。再經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索還發(fā)現(xiàn)，谷立臣、張優(yōu)云、丘大謀的“液壓動力系統(tǒng)運行狀態(tài)識別技術(shù)研究”(《機械工程學(xué)報》2001年第6期)以機械工程中液壓動力系統(tǒng)為對象，在理論分析以及大量試驗研究的基礎(chǔ)上，給出了基于電流信號功率譜特征的液壓動力系統(tǒng)4種運行狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)模式。提出了基于灰色關(guān)聯(lián)度計算的模式識別方法，用于識別液壓動力系統(tǒng)正常以及電動機故障、機械故障、油泵故障的發(fā)生。該方法最大的缺陷在于需要依靠液壓動力系統(tǒng)運行狀態(tài)的精確數(shù)學(xué)模型描述并建立基于電流信號功率譜特征的液壓動力系統(tǒng)4種運行狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)模式。要建立精確描述電動機、機械、油泵實際運行工況的數(shù)學(xué)模型本身就是一件極為困難的事情，因此其適用范圍也受到了極大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種無需依賴被測對象的精確數(shù)學(xué)描述模型，而且檢測技術(shù)也極其簡單，就能夠?qū)θ我庖环N動力裝置的故障及其發(fā)生點實施在線實時識別的機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別方法及裝置。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別方法，包括系統(tǒng)學(xué)習(xí)與在線識別兩個步驟。所述的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，就是利用機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別裝置對機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)在正常工作狀態(tài)下的音響信號進行采樣學(xué)習(xí)，建立機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)正常音響情況下的特征空間。對機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)音響信號進行采樣、特征轉(zhuǎn)換、 建立特征空間的過程，就叫做對機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)音響信息的學(xué)習(xí)過程。所述的在線識別，就是在線采集機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)音響信號，通過對采集信號的特征提取與識別，實時作出決策是否需要向機車駕駛員提供警示信息。步驟一、系統(tǒng)學(xué)習(xí)具體分步驟如下(1)音響信號采集由拾音器采集發(fā)動機或傳動機構(gòu)所發(fā)生的音響信號。這些音響信號包括汽車啟動、提速、不同轉(zhuǎn)速、不同車速、減速和剎車等工況下的音響信號，再通過信號放大器進行電壓放大后送入信號處理器。⑵模數(shù)轉(zhuǎn)換在信號處理器中，將電壓放大后的音響模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，交由信號處理模塊進行處理。(3)對時變信號進行傅里葉變換對代表發(fā)動機的音響數(shù)字信號χ (t)進行傅里葉變換，即
權(quán)利要求
1.一種機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別方法，其特征在于，該方法包括系統(tǒng)學(xué)習(xí)與在線識別兩個步驟1)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，利用機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別裝置對機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)在正常工作狀態(tài)下的音響信號進行采樣學(xué)習(xí)，建立機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)正常音響情況下的特征空間，對機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)音響信號進行采樣、特征轉(zhuǎn)換、建立特征空間的過程；2)在線識別，在線采集機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)音響信號，通過對采集信號的特征提取與識別，實時作出是否需要向機車駕駛員提供警示信息的決策。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別方法，其特征是，步驟1)中所述系統(tǒng)學(xué)習(xí)，包括分步驟如下(1)音響信號采集由拾音器采集發(fā)動機或傳動機構(gòu)所發(fā)生的音響信號，再通過信號放大器進行電壓放大后送入信號處理器；(2)模數(shù)轉(zhuǎn)換在信號處理器中，將電壓放大后的音響模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，交由信號處理模塊進行處理；(3)對時變信號進行傅里葉變換對代表發(fā)動機的音響數(shù)字信號χ (t)進行傅里葉變換
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別方法，其特征是，步驟2)所述在線識別，包括分步驟如下(1)在線實時采集動力或傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)音響信號由拾音器在線實時采集發(fā)動機或傳動機構(gòu)所發(fā)生的音響信號，再通過信號放大器進行電壓放大后送入信號處理器；(2)模數(shù)轉(zhuǎn)換在信號處理器中，將音響模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，交由信號處理模塊；(3)對音響數(shù)字信號進行傅里葉變換對應(yīng)發(fā)動機的實時音響數(shù)字信號x(t)通過
4.一種機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別裝置，其特征在于，該裝置包括多個拾音器、信號放大器、信號處理器和語音提示器，所述的拾音器設(shè)置在發(fā)動機外殼或機車底盤上，該拾音器的輸出接口與信號放大器的輸入接口連接，所述的信號放大器的輸出接口與信號處理器的輸入接口連接，所述的信號處理器的輸出接口與語音提示器的輸入接口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別裝置，其特征在于，所述的拾音器采用微型駐極拾音器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別裝置，其特征在于，所述的微型駐極拾音器包括導(dǎo)電薄膜、極性環(huán)、振動膜片、支承件，所述振動薄片， 由充以電荷的駐極體薄膜構(gòu)成；所述導(dǎo)電薄膜，通過濺射或化學(xué)氣相沉積方法在振動薄膜的一側(cè)形成導(dǎo)電薄膜；所述極性環(huán)，設(shè)置在導(dǎo)電薄膜下側(cè)的導(dǎo)電環(huán)狀體；所述支撐件，即支撐導(dǎo)電薄膜圓周與極性環(huán)的部件以便與監(jiān)測點固定部件緊固連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別裝置，其特征在于，所述的信號處理器，包括輸入接口、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊、內(nèi)存模塊、輸出接口，所述的輸入接口的輸入端與拾音器輸出接口相連，輸入接口的輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口與信號處理模塊的輸入端口連接，所述的信號處理模塊的輸出端口與輸出接口的輸入端連接，所述的輸出接口的輸出端與語音提示器輸入接口連接，所述的內(nèi)存模塊寄存樣本特征數(shù)據(jù)庫，信號處理模塊與內(nèi)存模塊之間通過信號處理器的內(nèi)部信號總線連接，實現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)雙向交互。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別裝置，其特征在于，所述的語音提示器包括輸入接口、譯碼器、數(shù)字語音模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、功率放大模塊、揚聲器，所述的輸入接口的輸入端口與信號處理器的輸出接口連接，輸入接口的輸出端與譯碼器的輸入端口連接，所述的譯碼器的輸出端口與數(shù)字語音模塊的輸入端口連接， 所述的數(shù)字語音模塊的輸出端口與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸入端口連接，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端口與功率放大模塊的輸入端口連接，所述的功率放大模塊的輸出端口與揚聲器的輸入端口連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機車發(fā)動機與傳動機構(gòu)異常狀態(tài)的智能識別方法與裝置，該方法包括系統(tǒng)學(xué)習(xí)和在線識別兩部分；該裝置包括多個拾音器、信號放大器、信號處理器和語音提示器，所述的拾音器設(shè)置在發(fā)動機外殼或機車底盤上，該拾音器的輸出接口與信號放大器的輸入接口連接，所述的信號放大器的輸出接口與信號處理器的輸入接口連接，所述的信號處理器的輸出接口與語音提示器的輸入接口連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有無需依賴被測對象的精確數(shù)學(xué)描述模型，而且檢測技術(shù)也極其簡單，就能夠?qū)θ我庖环N動力裝置的故障及其發(fā)生點實施在線實時識別等優(yōu)點。
文檔編號F02B77/08GK102452403SQ20101052263
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者吳浩, 應(yīng)俊豪, 張秀彬, 李小波 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)