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振動狀態(tài)的在線監(jiān)測裝置和方法與流程

文檔序號:11617834閱讀:2251來源:國知局
振動狀態(tài)的在線監(jiān)測裝置和方法與流程

本發(fā)明涉及一種振動狀態(tài)的在線監(jiān)測裝置,還涉及一種基于該裝置的在線監(jiān)測方法。



背景技術(shù):

科氏質(zhì)量流量計(jì)是一種能夠直接測量液體質(zhì)量流量的儀表,具有精度高、量程寬等眾多優(yōu)點(diǎn),在石油化工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛??剖腺|(zhì)量流量計(jì)的主要活動部件為振動管,振動管在驅(qū)動力作用下往復(fù)振動,流體流經(jīng)振動管,產(chǎn)生科氏效應(yīng)從而檢測質(zhì)量流量。在被測流體沖刷等因素作用下,振動管的結(jié)構(gòu)將發(fā)生改變,測量精度降低。

參照圖4。文獻(xiàn)“申請公布號為cn103913382a的中國發(fā)明專利”提供了一種用于流量計(jì)的校驗(yàn)診斷的儀表電子器件與方法。所述器件包括接口模塊與處理系統(tǒng)。所述方法中接口模塊用于接受流量計(jì)的振動響應(yīng),處理系統(tǒng)用于處理來自接口模塊的信號,處理系統(tǒng)根據(jù)振動響應(yīng)解算得到剛度參數(shù),并根據(jù)剛度參數(shù)的變化情況判斷流量計(jì)結(jié)構(gòu)是否改變。該方法的一個不足之處在于,實(shí)施過程中需要在流量計(jì)非工作狀態(tài)下進(jìn)行,對生產(chǎn)效率造成影響。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

為了克服現(xiàn)有用于流量計(jì)的校驗(yàn)診斷的儀表電子器件與方法實(shí)時性差的不足,本發(fā)明提供一種振動狀態(tài)的在線監(jiān)測裝置和方法。所述裝置包括信號采集單元、采樣控制單元和信號處理單元。所述信號采集單元包括加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集板卡以及usb接口,負(fù)責(zé)完成對流量計(jì)外殼體上振動信號的采集;所述采樣控制單元包括底層驅(qū)動和采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口,負(fù)責(zé)完成對信號采集單元的交互控制;所述信號處理單元包括信號顯示模塊和診斷模塊,信號顯示模塊用于振動信號的顯示,診斷模塊用于振動信號的分析以及流量計(jì)結(jié)構(gòu)變化情況的判斷。本發(fā)明在流量計(jì)工作過程中對其結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,有效地提高了生產(chǎn)效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種振動狀態(tài)的在線監(jiān)測裝置,其特點(diǎn)是:包括信號采集單元、采樣控制單元和信號處理單元。所述的信號采集單元由加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集板卡以及usb接口組成。所述的加速度計(jì)布置在外殼體1上,將振動信號轉(zhuǎn)換成電荷信號,電荷放大器將電荷信號調(diào)理成電壓信號,并通過數(shù)據(jù)采集板卡轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號,最終通過usb接口傳輸給采樣控制單元的工控機(jī),完成流量計(jì)外殼體1上振動信號的采集工作。所述的采樣控制單元由底層驅(qū)動和采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口組成。底層驅(qū)動工作在工控機(jī)上,實(shí)現(xiàn)與信號采集單元的通信功能,提供底層通信接口。采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口基于所述底層通信接口,根據(jù)用戶的需求,完成對信號采集單元采樣過程的控制。所述的信號處理單元由信號顯示模塊和診斷模塊組成。信號顯示模塊工作在工控機(jī)上,讀取內(nèi)存緩沖區(qū)中的采樣數(shù)據(jù),存入用戶緩沖區(qū)中,并實(shí)時顯示用戶緩沖區(qū)中的波形數(shù)據(jù)。診斷模塊對用戶緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析,返回流量計(jì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的診斷結(jié)果。

一種基于上述裝置的在線監(jiān)測方法,其特點(diǎn)是包括以下步驟:

步驟一、確認(rèn)流量計(jì)初始狀態(tài)。

完成流量計(jì)在工作現(xiàn)場的安裝,保證其工作性能滿足要求,測量精度達(dá)到指定值,將此刻流量計(jì)的狀態(tài)作為初始狀態(tài)。

步驟二、獲取初始振動狀態(tài)特征。

布置加速度計(jì)。將第一至四加速度計(jì)5、6、7、8固定在外殼體1的平面上,與管道中心線短距為5cm。

通過采樣控制單元啟動信號采樣。初始狀態(tài)下,流量為qm0,采集點(diǎn)p1處的振動信號為x1(t)。被測試對象固有頻率為f0,采樣頻率取fs=20f0,采樣周期為t=1/fs,每次參與數(shù)據(jù)處理的樣本數(shù)為n=200。振動信號通過采樣后轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散量(x1(0),x1(t),x1(2t)……x1((n-1)t))。

通過信號處理單元對振動信號進(jìn)行處理。信號處理過程包括快速傅里葉變換、干擾去除和振動特征提取。所述的快速傅里葉變換將振動信號的時域離散序列(x1(0),x1(t),x1(2t)……x1((n-1)t))變換為頻域離散序列(x1(0),x1(1),x1(2)……x1(n-1));所述干擾去除,包括將頻域離散序列中每個元素與閾值xh比較,小于閾值的元素置零,大于閾值的元素保留,得到有效頻域離散序列(0,0…0,x1(k),0…0,x1(n-1-k),0…0);所述振動特征提取,指振動信號頻率值、振幅的計(jì)算,包括檢索頻域序列(0,0…0,x1(k),0…0,x1(n-1-k),0…0)非零成分的索引值,檢索范圍0~n/2,得到索引值k,對應(yīng)的頻率成分頻率值為幅值為

重復(fù)以上步驟,獲得其他三個采樣點(diǎn)的振動信號,得到初始振動狀態(tài),記作

步驟三、獲取當(dāng)前振動狀態(tài)。

當(dāng)前流量值為q′m,調(diào)節(jié)當(dāng)前流量值,使得q′m=qm0,重復(fù)步驟二中的操作,獲取當(dāng)前振動狀態(tài),記作

步驟四、對比當(dāng)前與初始振動狀態(tài)差異。

量化當(dāng)前振動狀態(tài)s0與初始振動狀態(tài)s′之間的差異:

根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)得到差異容許上限σthresh,當(dāng)σ<σthresh,認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)與初始狀態(tài)的振動特征一致,流量計(jì)振動狀態(tài)正常,振動管4無結(jié)構(gòu)上的損傷或者結(jié)構(gòu)變化在容許范圍內(nèi);當(dāng)σ>σthresh,則認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)與初始狀態(tài)振動特征的差異超過容許極限,流量計(jì)振動狀態(tài)異常,振動管4在流體作用下發(fā)生了結(jié)構(gòu)變化。

本發(fā)明的有益效果是:所述裝置包括信號采集單元、采樣控制單元和信號處理單元。所述信號采集單元包括加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集板卡以及usb接口,負(fù)責(zé)完成對流量計(jì)外殼體上振動信號的采集;所述采樣控制單元包括底層驅(qū)動和采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口,負(fù)責(zé)完成對信號采集單元的交互控制;所述信號處理單元包括信號顯示模塊和診斷模塊,信號顯示模塊用于振動信號的顯示,診斷模塊用于振動信號的分析以及流量計(jì)結(jié)構(gòu)變化情況的判斷。本發(fā)明在流量計(jì)工作過程中對其結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測,有效地提高了生產(chǎn)效率。

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明振動狀態(tài)的在線監(jiān)測裝置的框圖。

圖2是本發(fā)明振動狀態(tài)的在線監(jiān)測方法的流程圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中科氏質(zhì)量流量計(jì)的三視圖。

圖4是背景技術(shù)用于流量計(jì)的校驗(yàn)診斷的儀表電子器件的系統(tǒng)框圖。

圖中,1-外殼體,2-第一減振板,3-第二減振板,4-振動管,5-第一加速度計(jì),6-第二加速度計(jì),7-第三加速度計(jì),8-第四加速度計(jì)。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例參照圖1-3。

本發(fā)明振動狀態(tài)的在線監(jiān)測裝置包括信號采集單元、采樣控制單元和信號處理單元。所述的信號采集單元由加速度計(jì)、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集板卡以及usb通信接口組成。其中,加速度計(jì)布置在外殼體1上,將振動信號轉(zhuǎn)換成電荷信號,電荷放大器將電荷信號調(diào)理成電壓信號,并通過數(shù)據(jù)采集板卡轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號,最終通過usb通信接口傳輸給工控機(jī),完成流量計(jì)外殼體1上振動信號的采集工作。

采樣控制單元由底層驅(qū)動程序和采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口組成。底層驅(qū)動程序工作在工控機(jī)上,實(shí)現(xiàn)與信號采集單元的通信功能,提供底層通信接口。采樣參數(shù)設(shè)置用戶接口基于所述底層通信接口,根據(jù)用戶的需求,完成對信號采集單元采樣過程的控制。

信號處理單元由信號顯示模塊和診斷模塊組成。信號顯示模塊工作在工控機(jī)上,讀取內(nèi)存緩沖區(qū)中的采樣數(shù)據(jù),存入用戶緩沖區(qū)中,并實(shí)時顯示用戶緩沖區(qū)中的波形數(shù)據(jù)。診斷模塊對用戶緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析,返回流量計(jì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的診斷結(jié)果。

本發(fā)明振動狀態(tài)的在線監(jiān)測方法包括四個步驟,分別為確認(rèn)初始狀態(tài)、獲取初始振動狀態(tài)、獲取當(dāng)前振動狀態(tài)、對比當(dāng)前與初始振動狀態(tài)差異。

步驟一:確認(rèn)流量計(jì)初始狀態(tài)。

完成流量計(jì)在工作現(xiàn)場的安裝,保證其工作性能滿足要求、測量精度達(dá)到指定值,將此刻流量計(jì)的狀態(tài)作為初始狀態(tài)。

步驟二:獲取初始振動狀態(tài)特征。

布置加速度計(jì)。將第一至四加速度計(jì)5、6、7、8固定在外殼體1的平面上,與管道中心線短距為5cm。

通過采樣控制單元啟動信號采樣。以采集點(diǎn)1的振動信號采集為例,初始狀態(tài)下,流量為qm0,采集點(diǎn)p1處的振動信號為x1(t)。被測試對象固有頻率為f0,采樣頻率取fs=20f0,采樣周期為t=1/fs,每次參與數(shù)據(jù)處理的樣本數(shù)為n=200。振動信號通過采樣后轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散量(x1(0),x1(t),x1(2t)……x1((n-1)t))。

通過信號處理單元對振動信號進(jìn)行處理。信號處理過程包括快速傅里葉變換、干擾去除、振動特征提取。所述快速傅里葉變換將振動信號的時域離散序列(x1(0),x1(t),x1(2t)……x1((n-1)t))變換為頻域離散序列(x1(0),x1(1),x1(2)……x1(n-1));所述干擾去除,包括將頻域離散序列中每個元素與閾值xh比較,小于閾值的元素置零,大于閾值的元素保留,得到有效頻域離散序列(0,0…0,x1(k),0…0,x1(n-1-k),0…0);所述振動特征提取,指振動信號頻率值、振幅的計(jì)算,包括檢索頻域序列(0,0…0,x1(k),0…0,x1(n-1-k),0…0)非零成分的索引值,檢索范圍0~n/2,得到索引值k,對應(yīng)的頻率成分頻率值為幅值為

重復(fù)以上步驟,獲得其他三個采樣點(diǎn)的振動信號,得到初始振動狀態(tài),記作:

步驟三:獲取當(dāng)前振動狀態(tài)。

當(dāng)前流量值為q′m,調(diào)節(jié)當(dāng)前流量值,使得q′m=qm0,重復(fù)步驟二中的操作,獲取當(dāng)前振動狀態(tài),記作

步驟四:對比當(dāng)前與初始振動狀態(tài)差異。

量化當(dāng)前振動狀態(tài)s0與初始振動狀態(tài)s′之間的差異:

根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)得到差異容許上限σthresh,當(dāng)σ<σthresh,認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)與初始狀態(tài)的振動特征一致,流量計(jì)振動狀態(tài)正常,振動管4無結(jié)構(gòu)上的損傷或者結(jié)構(gòu)變化在容許范圍內(nèi);當(dāng)σ>σthresh,則認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)與初始狀態(tài)振動特征的差異超過容許極限,流量計(jì)振動狀態(tài)異常,振動管4在流體作用下發(fā)生了不容忽視的結(jié)構(gòu)變化。

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