[发明专利]振动状态的在线监测装置和方法

权利要求书

1.一种振动状态的在线监测方法，所用装置包括信号采集单元、采样控制单元和信号处理单元；所述的信号采集单元由加速度计、电荷放大器、数据采集板卡以及USB接口组成；所述的加速度计布置在流量计外壳体(1)上，将振动信号转换成电荷信号，电荷放大器将电荷信号调理成电压信号，并通过数据采集板卡转变为数字信号，最终通过USB接口传输给采样控制单元的工控机，完成流量计外壳体(1)上振动信号的采集工作；所述的采样控制单元由底层驱动和采样参数设置用户接口组成；底层驱动工作在工控机上，实现与信号采集单元的通信功能，提供底层通信接口；采样参数设置用户接口基于所述底层通信接口，根据用户的需求，完成对信号采集单元采样过程的控制；所述的信号处理单元由信号显示模块和诊断模块组成；信号显示模块工作在工控机上，读取内存缓冲区中的采样数据，存入用户缓冲区中，并实时显示用户缓冲区中的波形数据；诊断模块对用户缓冲区中的数据进行处理与分析，返回流量计结构状态的诊断结果，其特征在于监测方法包括以下步骤：

步骤一、确认流量计初始状态；

完成流量计在工作现场的安装，保证其工作性能满足要求，测量精度达到指定值，将此刻流量计的状态作为初始状态；

步骤二、获取初始振动状态特征；

布置加速度计；将第一至四加速度计(5、6、7、8)固定在流量计外壳体(1)的平面上，与管道中心线短距为5cm；

通过采样控制单元启动信号采样；初始状态下，流量为q_m0，采集点P₁处的振动信号为x₁(t)；被测试对象固有频率为f₀，采样频率取f_s＝20f₀，采样周期为T＝1/f_s，每次参与数据处理的样本数为N＝200；振动信号通过采样后转变为时域离散序列(x₁(0),x₁(T),x₁(2T)……x₁((N-1)T))；

通过信号处理单元对振动信号进行处理；信号处理过程包括快速傅里叶变换、干扰去除和振动特征提取；所述的快速傅里叶变换将振动信号的时域离散序列(x₁(0),x₁(T),x₁(2T)……x₁((N-1)T))变换为频域离散序列(X₁(0),X₁(1),X₁(2)……X₁(N-1))；所述干扰去除，包括将频域离散序列中每个元素与阈值X_h比较，小于阈值的元素置零，大于阈值的元素保留，得到有效频域离散序列(0,0…0,X₁(k),0…0,X₁(N-1-k),0…0)；所述振动特征提取，指振动信号频率值、振幅的计算，包括检索有效频域离散序列(0,0…0,X₁(k),0…0,X₁(N-1-k),0…0)非零成分的索引值，检索范围0～N/2，得到索引值k，对应的频率成分频率值为幅值为

重复以上步骤，获得其他三个采样点的振动信号，得到初始振动状态，记作

步骤三、获取当前振动状态；

当前流量值为q′_m，调节当前流量值，使得q′_m＝q_m0，重复步骤二中的操作，获取当前振动状态，记作

步骤四、对比当前与初始振动状态差异；

量化当前振动状态S₀与初始振动状态S′之间的差异：

根据试验经验得到差异容许上限σ_thresh，当σσ_thresh，认为当前状态与初始状态的振动特征一致，流量计振动状态正常，振动管(4)无结构上的损伤或者结构变化在容许范围内；当σσ_thresh，则认为当前状态与初始状态振动特征的差异超过容许极限，流量计振动状态异常，振动管(4)在流体作用下发生了结构变化。