專利名稱：基于小波熵的mems陀螺故障檢測系統(tǒng)及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具體涉及一種基于小波熵的微機(jī)電MEMS陀螺的故障檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
MEMS (Micro-Electro Mechanical System)陀螺是隨著微電子和微機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而研制出的一類新型角速率傳感器，具有體積小，重量輕以及成本低，可靠性高，易于批量生產(chǎn)等傳統(tǒng)陀螺無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。隨著MEMS技術(shù)的飛速發(fā)展，其故障檢測技術(shù)也一直備受關(guān)注。MEMS陀螺用于敏感模擬坐標(biāo)系相對理想坐標(biāo)系的偏角或角速度，是各類慣性系統(tǒng)中的核心部件。由于陀螺的廣闊應(yīng)用前景，國內(nèi)外都對MEMS陀螺進(jìn)行了大量的研究工作，但在MEMS陀螺的故障檢測方面,迄今尚未有穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品。據(jù)故障檢測所依據(jù)的信息源，故障檢測技術(shù)一般可分為:來自傳感器本身的檢測和對傳感器設(shè)置的濾波器信息進(jìn)行檢測。前者是內(nèi)置檢驗(yàn)具有在最低的級別上實(shí)現(xiàn)檢測和隔離故障的優(yōu)點(diǎn)；后者檢測計算方法比較復(fù)雜，但是由于基于系統(tǒng)的統(tǒng)計學(xué)特性，因此更為敏感。現(xiàn)在大多MEMS陀螺的產(chǎn)品都是直接對陀螺的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行一些濾波處理，這種方法對精度的提高并不大，可靠性也不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是MEMS陀螺產(chǎn)品檢測時可靠性不高、精度不高，提供一種精度高、可靠性好的基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測系統(tǒng)，還介紹了該檢測系統(tǒng)的檢測方法，解決了現(xiàn)有檢測方法敏感度低或是計算方法復(fù)雜的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是以下述方式實(shí)現(xiàn)的:一種基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測系統(tǒng)，包括直流穩(wěn)壓電源模塊，用于向MEMS陀螺供電；MEMS陀螺模塊,用于測量運(yùn)動載體的運(yùn)動信息；運(yùn)動載體模塊，通過測試夾具固定MEMS陀螺；數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集MEMS陀螺的信號，并傳輸至小波多尺度分析模塊；小波多尺度分析模塊，接收數(shù)據(jù)采集模塊的信息，并將MEMS陀螺的信號進(jìn)行多尺度小波分解后傳輸至小波熵故障檢測模塊；小波熵故障檢測模塊，接收小波多尺度分析模塊的信息，檢測MEMS陀螺的信號，把檢測正常的信號輸至小波多尺度重構(gòu)模塊，把檢測故障的信號傳輸至MEMS陀螺模塊，使得MEMS陀螺模塊重置；小波多尺度重構(gòu)模塊，接收小波熵波故障檢測模塊的信息之后將該信息重構(gòu)到原始尺度上，并傳輸至數(shù)據(jù)輸出模塊；數(shù)據(jù)輸出模塊，接收小波多尺度重構(gòu)模塊的輸出信號，并輸出經(jīng)過故障檢測和隔離后的數(shù)據(jù)。一種基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測方法，是按照下述步驟進(jìn)行的:MEMS陀螺模塊測量運(yùn)動載體模塊的狀態(tài)，把測量信息傳遞給數(shù)據(jù)采集模塊；數(shù)據(jù)采集模塊把采集到的信息輸送至小波多尺度分析模塊；小波多尺度分析模塊對MEMS陀螺的信號進(jìn)行小波多尺度分析，然后將分析結(jié)果傳輸至小波熵故障檢測模塊；小波熵故障檢測模塊接收小波多尺度分析的數(shù)據(jù)之后計算小波熵，并用小波熵對多尺度上的信號進(jìn)行故障檢測，若檢測結(jié)果為故障，則將該標(biāo)志返回重置MEMS陀螺模塊的工作狀態(tài)，若檢測結(jié)果為正常，則將檢測后的信號傳遞給多尺度重構(gòu)模塊；多尺度重構(gòu)模塊將小波熵故障檢測模塊得到的正常信號進(jìn)行小波多尺度重構(gòu)后傳輸給數(shù)據(jù)輸出模塊，數(shù)據(jù)輸出模塊將多尺度重構(gòu)模塊的輸出信息轉(zhuǎn)換形式后輸出。與 現(xiàn)有的故障檢測系統(tǒng)和檢測方法相比，本發(fā)明具有下述優(yōu)點(diǎn):1、小波多尺度分析可以有效檢測出信號的發(fā)展趨勢，利用統(tǒng)計學(xué)上的熵值理論在信號的多尺度上對故障進(jìn)行檢測和處理，即對MEMS陀螺的數(shù)據(jù)源進(jìn)行多層故障檢測，以保證系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。2、基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠、體積小、性價比高，可以為各種載體設(shè)備提供準(zhǔn)確的故障檢測。


圖1是本發(fā)明的原理框圖。圖2是本發(fā)明中小波尺度分析流程圖。圖3是本發(fā)明中小波重構(gòu)流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，一種基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測系統(tǒng)，包括直流穩(wěn)壓電源模塊I，用于向MEMS陀螺供電；MEMS陀螺模塊2,用于測量運(yùn)動載體的運(yùn)動信息；運(yùn)動載體模塊3，通過測試夾具固定MEMS陀螺；數(shù)據(jù)采集模塊4，用于采集MEMS陀螺的信號，并傳輸至小波多尺度分析模塊5 ;小波多尺度分析模塊5，接收數(shù)據(jù)采集模塊4的信息，并將MEMS陀螺的信號進(jìn)行多尺度小波分解后傳輸至小波熵故障檢測模塊6 ;小波熵故障檢測模塊6，接收小波多尺度分析模塊5的信息，檢測MEMS陀螺的信號，把檢測正常的信號輸至小波多尺度重構(gòu)模塊7，把檢測故障的信號傳輸至MEMS陀螺模塊2，使得MEMS陀螺模塊2重置；小波多尺度重構(gòu)模塊7，接收小波熵波故障檢測模塊6的信息之后將該信息重構(gòu)到原始尺度上，并傳輸至數(shù)據(jù)輸出模塊8;數(shù)據(jù)輸出模塊8，接收小波多尺度重構(gòu)模塊7的輸出信號，并輸出經(jīng)過故障檢測和隔離后的數(shù)據(jù)。本發(fā)明所述的基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測方法，是按照下述步驟進(jìn)行的:
1.MEMS陀螺模塊2測量運(yùn)動載體模塊3的狀態(tài)，把測量信息傳遞給數(shù)據(jù)采集模塊4 ；數(shù)據(jù)采集模塊4把采集到的信息輸送至小波多尺度分析模塊5，小波多尺度分析模塊5對MEMS陀螺的信號進(jìn)行小波多尺度分析，然后將分析結(jié)果傳輸至小波熵故障檢測模塊6。小波多尺度分析模塊5對MEMS陀螺的信號進(jìn)行小波多尺度分析，分析的流程如圖2所示，具體按照以下過程實(shí)施:
在尺度z +1上，對于輸入陀螺的信號序列X(i +1^) G RmlXk e Z),其離散小波變
換的分析形式如下述公式:
權(quán)利要求
1.一種基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測系統(tǒng),其特征在于:包括直流穩(wěn)壓電源模塊(1)，用于向MEMS陀螺供電； MEMS陀螺模塊(2 )，用于測量運(yùn)動載體的運(yùn)動信息； 運(yùn)動載體模塊(3)，通過測試夾具固定MEMS陀螺； 數(shù)據(jù)采集模塊(4)，用于采集MEMS陀螺的信號，并傳輸至小波多尺度分析模塊(5)；小波多尺度分析模塊(5)，接收數(shù)據(jù)采集模塊(4)的信息，并將MEMS陀螺的信號進(jìn)行多尺度小波分解后傳輸至小波熵故障檢測模塊(6); 小波熵故障檢測模塊(6)，接收小波多尺度分析模塊(5)的信息，檢測MEMS陀螺的信號，把檢測正常的信號輸至小波多尺度重構(gòu)模塊(7)，把檢測故障的信號傳輸至MEMS陀螺模塊(2 )，使得MEMS陀螺模塊(2 )重置； 小波多尺度重構(gòu)模塊(7)，接收小波熵波故障檢測模塊(6)的信息之后將該信息重構(gòu)到原始尺度上，并傳輸至數(shù)據(jù)輸出模塊(8)； 數(shù)據(jù)輸出模塊(8)，接收小波多尺度重構(gòu)模塊(7)的輸出信號，并輸出經(jīng)過故障檢測和隔離后的數(shù)據(jù)。
2.一種基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測方法，其特征在于是按照下述步驟進(jìn)行的:MEMS陀螺模塊(2)測量運(yùn)動載體模塊(3)的狀態(tài)，把測量信息傳遞給數(shù)據(jù)采集模塊(4);數(shù)據(jù)采集模塊(4)把采集到的信息輸送至小波多尺度分析模塊(5);小波多尺度分析模塊(5)對MEMS陀螺的信號進(jìn)行小波多尺度分析，然后將分析結(jié)果傳輸至小波熵故障檢測模塊(6);小波熵故障檢測模塊(6)接收小波多尺度分析的數(shù)據(jù)之后計算小波熵，并用小波熵對多尺度上的信號進(jìn)行故障檢測，若檢測結(jié)果為故障，則將該標(biāo)志返回重置MEMS陀螺模塊(2)的工作狀態(tài)，若檢測結(jié)果為正常，則將檢測后的信號傳遞給多尺度重構(gòu)模塊(7);多尺度重構(gòu)模塊(7)將小波熵故障檢測模塊(6)得到的正常信號進(jìn)行小波多尺度重構(gòu)后傳輸給數(shù)據(jù)輸出模塊(8)，數(shù)據(jù)輸出模塊(8)將多尺度重構(gòu)模塊(7)的輸出信息轉(zhuǎn)換形式后輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測系統(tǒng)，所述裝置包括直流穩(wěn)壓電源模塊、MEMS陀螺模塊、運(yùn)動載體模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、小波多尺度分析模塊、小波熵故障檢測模塊、小波多尺度重構(gòu)模塊和數(shù)據(jù)輸出模塊。本發(fā)明可以保證系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。基于小波熵的MEMS陀螺故障檢測系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠、體積小、性價比高，可以為各種載體設(shè)備提供準(zhǔn)確的故障檢測。
文檔編號G01C25/00GK103162710SQ20111042034
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者任亞飛, 葛運(yùn)旺, 白旭燦 申請人:洛陽理工學(xué)院