基于希爾伯特變換和數(shù)據(jù)篩選的核電站松動(dòng)件定位方法
【專利摘要】基于希爾伯特變換和數(shù)據(jù)篩選的核電站松動(dòng)件定位方法，在被撞擊物上劃分網(wǎng)格；安裝加速度傳感器；計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)到兩兩加速度傳感器的距離差；采集各個(gè)加速度傳感器接收到的撞擊信號(hào)；采用移動(dòng)平均法消除信號(hào)的低頻噪聲，采用Butterworth濾波器將環(huán)境背景噪聲濾除；對(duì)消噪后的沖擊信號(hào)進(jìn)行希爾伯特變換，得到?jīng)_擊信號(hào)的起振點(diǎn)時(shí)刻；根據(jù)網(wǎng)格中心點(diǎn)到各傳感器的傳播距離差和各通道之間的到達(dá)時(shí)間差計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)的名義傳播速度；對(duì)所有網(wǎng)格中心點(diǎn)的名義傳播速度進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，計(jì)算其方差；找所有方差中最小值，并記錄其中心點(diǎn)的坐標(biāo)，將定位結(jié)果顯示出來(lái)。本發(fā)明具有定位精度高，搜尋速度快的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于希爾伯特變換和數(shù)據(jù)篩選的核電站松動(dòng)件定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核電站【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及基于希爾伯特變換和數(shù)據(jù)篩選的核電站松 動(dòng)件定位方法。 技術(shù)背景
[0002] 核電站中存在大量的螺釘、螺帽等連接件，由于高速水流的不斷沖擊，出現(xiàn)腐蝕、 折舊而松動(dòng)甚至跌落，還有在系統(tǒng)測(cè)試、補(bǔ)給燃料、大修階段從外界進(jìn)入系統(tǒng)的金屬碎片， 這都會(huì)使得系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性降低，甚至影響到整個(gè)核電站的安全。松動(dòng)件定位 作為松動(dòng)件檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，準(zhǔn)確地定位松動(dòng)件有利于在停堆檢修時(shí)快速找到松 動(dòng)件，并進(jìn)行相應(yīng)的修補(bǔ)，盡量減少維修人員暴露在核輻射下的時(shí)間，保證維修人員的安 全，對(duì)于核電站的穩(wěn)定性和安全性有很大的幫助。
[0003] 現(xiàn)有的松動(dòng)件定位相關(guān)文獻(xiàn)有：
[0004] G. . Por, J. Kiss, I. Sorosanszky, G. . Szappanos, Development of a false alarm free advanced loose parts monitoring system(ALPS)[J],Progress in Nuclear Energy, 2003, 43 (1-4) : 243-251.一種基于信號(hào)SPRT (Sequence Probability Ratio Test, 順序概率比測(cè)試）的時(shí)差估計(jì)方法，先用噪聲的AR模型對(duì)信號(hào)進(jìn)行白化，然后通過(guò)計(jì)算白 化信號(hào)的SPRT來(lái)估算信號(hào)到達(dá)時(shí)差。
[0005] Yong Beum Kim, Seon Jae Kim1Hae Dong Chung1Yong Won Park1Jin Ho Park1A Study on Technique to Estimate Impact Location of Loose Part Using Wigner-Ville Distribution [J],Progress in Nuclear Energy, 2003, 43 (1-4) : 261-266.一種基于魏格 納-威利分布的松動(dòng)件沖擊位置的估計(jì)方法研究，提出了對(duì)信號(hào)進(jìn)行魏格納-威利變換，獲 取時(shí)頻圖，進(jìn)而獲取松動(dòng)件跌落位置。該方法準(zhǔn)確性高，但計(jì)算量很大。每個(gè)信號(hào)的時(shí)頻域 線都是不一樣的，而且需要手工來(lái)繪制，不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
[0006] S. Figedy, G. . Oksa, Modern methods of signal processing in the loose part monitoring system[J],Progress in Nuclear Energy, 2005, 46 (3-4) : 253-267.一種基于 小波去噪的時(shí)差估計(jì)方法，通過(guò)小波去噪，即去除噪聲的影響，然后再估計(jì)時(shí)差。該方法由 于去除了噪聲的影響，所以在低信噪比的情況下仍然有較好的估算效果，但是由于該方法 還是以信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)作為信號(hào)到達(dá)時(shí)間，沒(méi)有考慮彎曲波的復(fù)雜傳播模式，所以在實(shí)際定 位時(shí)當(dāng)傳播距離較遠(yuǎn)時(shí)仍然存在較大誤差。
[0007] Seong-Nam Jeong1Kyoung-Hang WoojEoun-Taeg Hwang, Won-HoChoi, A Study on the Estimation Method of Impact Position Using the Frequency Analysis[J], Strategic Technology. The 1st International Forum on, 2006:392-395. 一種基于頻率分析的沖擊位置估計(jì)方法研究，提出了一種基于頻散的松動(dòng)件定位方法。該 方法準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性也比較高，但前期需要建立起比較完善的數(shù)據(jù)庫(kù)，工作量大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0009] 基于希爾伯特變換和數(shù)據(jù)篩選的核電站松動(dòng)件定位方法，包括以下步驟：
[0010] 1)根據(jù)定位精度要求，在被撞擊物上劃分網(wǎng)格，然后對(duì)劃分好的網(wǎng)格編號(hào)1?N;
[0011] 2)在被撞擊物上按等邊三角形布置安裝3個(gè)加速度傳感器，以獲取松動(dòng)件跌落時(shí) 產(chǎn)生的撞擊信號(hào)f(t);
[0012] 3)根據(jù)被撞擊物的幾何形狀計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)到各兩兩加速度傳感器的距離 差di，j;
[0013] 4)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡同步采集各個(gè)加速度傳感器接收到的撞擊信號(hào)f(t)，撞擊信 號(hào)f(t)包括松動(dòng)件跌落時(shí)的沖擊信號(hào)s(t)和環(huán)境背景噪聲n(t);
[0014] 5)采用移動(dòng)平均法消除撞擊信號(hào)f(t)的低頻噪聲，再采用8階Butterworth濾波 器將環(huán)境背景噪聲n(t)濾除，得到消除了噪聲干擾的沖擊信號(hào)s(t);
[0015] 6)對(duì)步驟5)中處理得到的沖擊信號(hào)s(t)用希爾伯特變換進(jìn)行分析，得到?jīng)_擊信 號(hào)s(t)的起振點(diǎn)時(shí)刻；由于無(wú)法獲知沖擊信號(hào)s(t)跌落的時(shí)刻，只能從3個(gè)加速度傳感器 的沖擊信號(hào)s(t)中獲得波傳播的時(shí)間差，每?jī)蓚€(gè)通道之間的到達(dá)時(shí)間差為;
[0016] 7)根據(jù)網(wǎng)格中心點(diǎn)到各加速度傳感器的傳播距離差du和各通道之間的到達(dá)時(shí) 間差計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)的名義傳播速度;
[0017] 8)計(jì)算彎曲波在結(jié)構(gòu)中傳播的速度上下限Vmax和Vmin ;
[0018] 9)對(duì)所有網(wǎng)格中心點(diǎn)的名義傳播速度Vu進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選：判斷名義傳播速度Viij 是否在彎曲波傳播的速度區(qū)間[V_，Vniin]內(nèi)，若網(wǎng)格中心點(diǎn)的名義傳播速度Vu均在速度區(qū) 間[V_，Vmin]內(nèi)，則計(jì)算該網(wǎng)格中心點(diǎn)的速度的方差D(V)，否則給方差D(V)賦以一個(gè)大值；
[0019]10)搜索所有網(wǎng)格中心點(diǎn)的方差D(V)中最小值，記錄其中心點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0020] 11)定位結(jié)果顯示。
[0021] 所述的步驟3)中，對(duì)于平面，根據(jù)公式（1)計(jì)算網(wǎng)格中心到各個(gè)加速度傳感器的 距離差：
[0022]

【權(quán)利要求】
1. 基于希爾伯特變換和數(shù)據(jù)篩選的核電站松動(dòng)件定位方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 根據(jù)定位精度要求，在被撞擊物上劃分網(wǎng)格，然后對(duì)劃分好的網(wǎng)格編號(hào)1?N ; 2) 在被撞擊物上按等邊三角形布置安裝3個(gè)加速度傳感器，以獲取松動(dòng)件跌落時(shí)產(chǎn)生 的撞擊信號(hào)f(t); 3) 根據(jù)被撞擊物的幾何形狀計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)到各兩兩加速度傳感器的距離差 di，j ; 4) 通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡同步采集各個(gè)加速度傳感器接收到的撞擊信號(hào)f(t)，撞擊信號(hào) f(t)包括松動(dòng)件跌落時(shí)的沖擊信號(hào)s(t)和環(huán)境背景噪聲n(t); 5) 采用移動(dòng)平均法消除撞擊信號(hào)f(t)的低頻噪聲，再采用8階Butterworth濾波器將 環(huán)境背景噪聲n(t)濾除，得到消除了噪聲干擾的沖擊信號(hào)s(t); 6) 對(duì)步驟5)中處理得到的沖擊信號(hào)s(t)用希爾伯特變換進(jìn)行分析，得到?jīng)_擊信號(hào) s (t)的起振點(diǎn)時(shí)刻；由于無(wú)法獲知沖擊信號(hào)s (t)跌落的時(shí)刻，只能從3個(gè)加速度傳感器的 沖擊信號(hào)s (t)中獲得波傳播的時(shí)間差，每?jī)蓚€(gè)通道之間的到達(dá)時(shí)間差為; 7) 根據(jù)網(wǎng)格中心點(diǎn)到各加速度傳感器的傳播距離差du和各通道之間的到達(dá)時(shí)間差 ti;j計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格中心點(diǎn)的名義傳播速度vi;j ; 8) 計(jì)算彎曲波在結(jié)構(gòu)中傳播的速度上下限Vmax和Vmin ; 9) 對(duì)所有網(wǎng)格中心點(diǎn)的名義傳播速度Vu進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選：判斷名義傳播速度Vu是否 在彎曲波傳播的速度區(qū)間[v_，Vniin]內(nèi)，若網(wǎng)格中心點(diǎn)的名義傳播速度Vu均在速度區(qū)間 [v_，V miJ內(nèi)，則計(jì)算該網(wǎng)格中心點(diǎn)的速度的方差D(v)，否則給方差D(V)賦以一個(gè)大值； 10) 搜索所有網(wǎng)格中心點(diǎn)的方差D(v)中最小值，記錄其中心點(diǎn)的坐標(biāo)； 11) 定位結(jié)果顯示。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于：所述的步驟3)中，對(duì)于平面，根據(jù)公 式（1)計(jì)算網(wǎng)格中心到各個(gè)加速度傳感器的距離差：
其中（x，y)為網(wǎng)格中心點(diǎn)的坐標(biāo)，（Xi^i)為加速度傳感器i的坐標(biāo)，Uj，yj)為加速度 傳感器j的坐標(biāo)，i = 1，2, 3 ;j = 1，2, 3 ;i關(guān)j ; 對(duì)于半球面，根據(jù)公式（2)計(jì)算網(wǎng)格中心到各個(gè)加速度傳感器的距離差：
其中r為球的半徑，03)為網(wǎng)格中心點(diǎn)的球坐標(biāo)，（仍4)為加速度傳感器i的球坐標(biāo)， 吵/?)為加速度傳感器j的球坐標(biāo)，i = 1，2, 3 ; j = 1，2, 3 ;i關(guān)j。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于：所述的步驟5)中，根據(jù)公式（3)消 除撞擊信號(hào)f(t)低頻噪聲：
其中f'（t)為移動(dòng)平均后的撞擊信號(hào)，η為移動(dòng)平均的時(shí)期個(gè)數(shù)，η設(shè)置為7。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于：所述的步驟6)中，根據(jù)包絡(luò)線的峰 值來(lái)確定沖擊信號(hào)s (t)起振點(diǎn)時(shí)刻，具體包括以下步驟： 6. 1)求沖擊信號(hào)s (t)的希爾伯特變換5(〇,根據(jù)定義：
其中，〗(0為沖擊信號(hào)s (t)的希爾伯特變換信號(hào)； 6.2)以沖擊信號(hào)s (t)為實(shí)部，其希爾伯特變換信號(hào)JW為虛部，構(gòu)成一個(gè)新的函數(shù)如 公式（5):
其中，Iz(Ol = I2O)+*^?)是新函數(shù)的幅值函數(shù),θ (t)為相位函數(shù)，|z (t) I則即為沖 擊信號(hào)S (t)的包絡(luò)線函數(shù)； 6. 3)對(duì)幅值函數(shù)|z (t) I求峰值：比較每個(gè)點(diǎn)相鄰的6個(gè)點(diǎn)的幅值，若此點(diǎn)為幅值最大 值，則此點(diǎn)的幅值為的一個(gè)峰值，取求得的第一個(gè)峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)t為沖擊信號(hào)s(t) 的起振時(shí)刻，根據(jù)公式（6)計(jì)算各加速度傳感器之間的時(shí)間差： ti;J = Vtj (6) 其中，h為加速度傳感器i的起振時(shí)刻，tj為加速度傳感器j的起振時(shí)刻，i = 1，2, 3 ; j = 1，2, 3 ;i 關(guān) j。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于：所述的步驟7)中，根據(jù)公式（7)計(jì) 算名義傳播速度'j:
其中，為網(wǎng)格中心點(diǎn)到各兩兩加速度傳感器的距離差，為兩個(gè)通道之間的到達(dá) 時(shí)間差，i = 1，2,3 ;j = 1，2,3 ;i 關(guān) j。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位方法，其特征在于：所述的步驟8)中，根據(jù)（8)公式計(jì) 算彎曲波速度上下限Vmax和Vmin :
其中ω_，Comin分別為彎曲波的最高角頻率和最低角頻率，E為材料的楊氏模量，h為 被撞擊物體的厚度，P為材料的密度，u為材料的泊松比。
【文檔編號(hào)】G01M7/08GK104376881SQ201410667559
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】林京, 羅志, 曾亮, 黃利平, 高飛, 華佳東 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)