本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備故障診斷預(yù)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體的來(lái)說(shuō)涉及一種適用于螺旋槳故障診斷與預(yù)測(cè)的小波分析與灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：

螺旋槳是現(xiàn)代船舶及國(guó)防領(lǐng)域大量使用的動(dòng)力設(shè)備，在企業(yè)的生產(chǎn)中起到非常重要的作用。這些設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，不僅影響正常生產(chǎn)，而且可能會(huì)危及人身安全，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。因此，開(kāi)展螺旋槳故障診斷及故障預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的“預(yù)知”維修具有重要意義。

目前螺旋槳的故障診斷已有結(jié)果報(bào)道，在沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)CN1776390號(hào)公開(kāi)的內(nèi)容中，介紹了一種一種低速重載螺旋槳故障診斷方法，用小波分析的方法對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行多尺度分解，從各尺度分解重構(gòu)波形及其頻譜圖，提取故障信號(hào)微細(xì)特征，從而確定故障類型。但它無(wú)法進(jìn)行螺旋槳的故障預(yù)測(cè)；在上海交通大學(xué)CN2826392號(hào)公開(kāi)的內(nèi)容中，介紹了一種旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷與分析試驗(yàn)裝置，介紹了旋轉(zhuǎn)機(jī)械各種故障類型的設(shè)置方法與設(shè)備，沒(méi)有螺旋槳的故障診斷與預(yù)測(cè)功能，直接應(yīng)用于船舶工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的故障預(yù)測(cè)分析儀的研究還是空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題之一是，提供一種螺旋槳小波分析及灰色預(yù)測(cè)的故障預(yù)測(cè)方法。

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問(wèn)題之二是提供一種以DSP系統(tǒng)為核心的故障預(yù)測(cè)裝置。

作為本發(fā)明第一方面的一種螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

a、振動(dòng)位移信號(hào)傳感器測(cè)試螺旋槳的振動(dòng)位移，輸出與振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，并將電壓信號(hào)輸入位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置；

b、位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波預(yù)處理，通過(guò)232串行接口輸入故障預(yù)測(cè)裝置；

c、故障預(yù)測(cè)裝置對(duì)來(lái)自位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置的不同時(shí)間系列的電壓信號(hào)進(jìn)行小波分析處理，得到螺旋槳不同頻段的能量函數(shù)大小，然后再利用灰色預(yù)測(cè)原理預(yù)測(cè)未來(lái)各個(gè)時(shí)刻的不同頻段的能量函數(shù)大小，利用反小波變換得到未來(lái)各個(gè)時(shí)刻的螺旋槳振動(dòng)位移數(shù)值，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)螺旋槳未來(lái)工作狀況。

預(yù)測(cè)方法由內(nèi)置的控制驅(qū)動(dòng)程序完成，該控制程序包括采樣程序、通信程序、小波分析程序、灰色預(yù)測(cè)模型和故障預(yù)測(cè)程序五部分，采樣程序內(nèi)置于位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置中，驅(qū)動(dòng)采樣裝置完成采樣任務(wù)；通信程序分別內(nèi)置于位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置和故障預(yù)測(cè)裝置中，控制兩兩之間的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)保存；小波分析程序、灰色預(yù)測(cè)模型和故障預(yù)測(cè)程序內(nèi)置于故障預(yù)測(cè)裝置中，完成螺旋槳的故障預(yù)測(cè)。

作為本發(fā)明第二方面的一種螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)裝置，包括：

測(cè)試螺旋槳振動(dòng)位移并輸出電壓信號(hào)的振動(dòng)位移信號(hào)傳感器，與振動(dòng)位移傳感器電路連接的位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置，與位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置以232串行接口連接并接受振動(dòng)信號(hào)并分析預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻振動(dòng)信號(hào)的故障預(yù)測(cè)裝置；

所述振動(dòng)位移信號(hào)傳感器為將振動(dòng)位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)的傳感器，所述振動(dòng)位移信號(hào)傳感器固定到待測(cè)試螺旋槳上。

所述位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置，包括有振動(dòng)位移數(shù)值顯示窗口、信號(hào)放大濾波模塊、與信號(hào)放大濾波模塊電路輸入端連接的A/D轉(zhuǎn)換器、232串行通信口、電源開(kāi)關(guān)，所述A/D轉(zhuǎn)換器信號(hào)輸入端與振動(dòng)位移信號(hào)傳感器連接，所述信號(hào)放大濾波模塊電路的輸出端與232串行通信口連接。

所述故障預(yù)測(cè)裝置，包括振動(dòng)位移數(shù)值顯示模塊、DSP硬件電路接口模塊、232串行通信口、供電電源、控制開(kāi)關(guān)，供電電源給整個(gè)裝置供電，DSP硬件電路接口模塊的輸入端通過(guò)232串行通信口與位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置連接，輸出端接振動(dòng)位移數(shù)值顯示模塊。

所述DSP硬件電路接口模塊，包括DSP系統(tǒng)電源電路、時(shí)鐘與復(fù)位電路、液晶顯示接口電路；所述DSP硬件電路接口模塊的芯片為數(shù)字信號(hào)處理器。

所述振動(dòng)位移數(shù)值顯示模塊包括一液晶顯示器，所述液晶顯示器為可以顯示字母、數(shù)字符號(hào)、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能的顯示器。

本發(fā)明具有如下的突出效果：

1.用小波分析的方法對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行多尺度分解，從各尺度分解重構(gòu)波形及其頻譜圖提取故障信號(hào)微細(xì)特征；尋找螺旋槳振動(dòng)信號(hào)的能量分布與其故障狀態(tài)間存在映射關(guān)系；

2.利用灰色預(yù)測(cè)原理預(yù)測(cè)出能量特征向量及其變化趨勢(shì)從而預(yù)測(cè)出故障發(fā)生的可能性及故障模式，提供一種實(shí)用的螺旋槳故障預(yù)測(cè)方法與裝置；

3.本發(fā)明不僅可以預(yù)測(cè)螺旋槳故障狀況，而且可以預(yù)測(cè)正常工作狀況的振動(dòng)信號(hào)數(shù)值。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，

圖1為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置的結(jié)構(gòu)關(guān)系圖；

圖2為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置的故障預(yù)測(cè)流程圖；

圖3為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置的A/D轉(zhuǎn)換接口電路圖；

圖4為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置的DSP系統(tǒng)電路圖；

圖5a為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置的時(shí)鐘電路圖；

圖5b為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置的復(fù)位電路圖；

圖6為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置的液晶顯示接口電路圖；

圖7為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置的振動(dòng)位移時(shí)域信號(hào)圖；

圖8為本發(fā)明螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)方法及裝置的振動(dòng)位移小波分解信號(hào)圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

參看圖1，一種螺旋槳小波灰色故障預(yù)測(cè)裝置，由振動(dòng)位移信號(hào)傳感器1、位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2、故障預(yù)測(cè)裝置3連接而成。振動(dòng)位移信號(hào)傳感器1測(cè)試螺旋槳的振動(dòng)位移，振動(dòng)位移信號(hào)傳感器1輸出與振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，并接入位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2；位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2中，對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波預(yù)處理及A/D轉(zhuǎn)換，通過(guò)232串行接口送入故障預(yù)測(cè)裝置3；在故障預(yù)測(cè)裝置3中，對(duì)來(lái)自位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2的不同時(shí)間系列的電壓信號(hào)進(jìn)行小波分析處理，得到螺旋槳不同頻段的能量函數(shù)大小，然后再利用灰色預(yù)測(cè)原理預(yù)測(cè)未來(lái)各個(gè)時(shí)刻的不同頻段的能量函數(shù)大小，利用反小波變換得到未來(lái)各個(gè)時(shí)刻的螺旋槳振動(dòng)位移數(shù)值，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)螺旋槳未來(lái)工作狀況。

振動(dòng)位移信號(hào)傳感器1包括有壓電陶瓷、磁鐵及信號(hào)傳輸線；用來(lái)將振動(dòng)位移信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)。

位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2包括有振動(dòng)位移數(shù)值顯示窗口、與信號(hào)放大濾波模塊電路輸入端連接的A/D轉(zhuǎn)換器、232串行通信口、電源開(kāi)關(guān)，信號(hào)放大濾波模塊電路的輸入端與振動(dòng)位移信號(hào)傳感器連接，所述A/D轉(zhuǎn)換器信號(hào)輸出端與232串行通信口連接。來(lái)自振動(dòng)位移信號(hào)傳感器1電壓信號(hào)，通過(guò)信號(hào)放大濾波模塊和A/D轉(zhuǎn)換器處理，在進(jìn)行振動(dòng)位移數(shù)值顯示窗口顯示的同時(shí)，在通信驅(qū)動(dòng)程序控制下，通過(guò)232串行通信口向故障預(yù)測(cè)裝置3傳送振動(dòng)位移測(cè)試值；A/D轉(zhuǎn)換器采用TI公司生產(chǎn)的過(guò)采樣∑-Δ技術(shù)的模擬接口芯片(TLC320AD50C)，它集成了16位A/D和D/A轉(zhuǎn)換通道，其內(nèi)部ADC之后有一個(gè)抽取濾波器，DAC之前有一個(gè)插值濾波器，接收和發(fā)送可以同時(shí)進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換接口電路圖如圖3所示。

故障預(yù)測(cè)裝置3包括有DSP硬件電路接口模塊、振動(dòng)位移數(shù)值顯示模塊、232串行通信口、供電電源、控制開(kāi)關(guān)，供電電源給整個(gè)裝置供電，DSP硬件電路接口模塊的輸入端通過(guò)232串行通信口與位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置連接，輸出端接振動(dòng)位移數(shù)值顯示模塊。它主要控制其與位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)小波分析、灰色預(yù)測(cè)模型和螺旋槳未來(lái)故障預(yù)測(cè)。

DSP硬件電路接口模塊，包括DSP系統(tǒng)電源電路、時(shí)鐘與復(fù)位電路、液晶顯示接口電路；DSP芯片采用TI公司的C54X系列TMS320VC5402數(shù)字信號(hào)處理器；振動(dòng)位移數(shù)值顯示模塊采用ST7920控制器驅(qū)動(dòng)的點(diǎn)陣液晶顯示模塊OCM4×8C，該模塊可以顯示字母、數(shù)字符號(hào)、中文字型及圖形，具有繪圖及文字畫面混合顯示功能。DSP系統(tǒng)電源電路如圖4所示，時(shí)鐘電路如圖5a所示，復(fù)位電路如圖5b所示。

本發(fā)明工作原理：振動(dòng)位移信號(hào)傳感器1輸出與振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)；位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大、濾波預(yù)處理及A/D轉(zhuǎn)換，并通過(guò)232串行接口與故障預(yù)測(cè)裝置3進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信；故障預(yù)測(cè)裝置3分析數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)螺旋槳未來(lái)故障。它由內(nèi)置的控制驅(qū)動(dòng)程序完成，該控制程序包括采樣程序、通信程序、小波分析程序、灰色預(yù)測(cè)模型和故障預(yù)測(cè)程序五部分，采樣程序內(nèi)置于位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2中，驅(qū)動(dòng)采樣裝置完成采樣任務(wù)；通信程序分別內(nèi)置于位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2和故障預(yù)測(cè)裝置3中，控制兩兩之間的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)保存；小波分析程序、灰色預(yù)測(cè)模型和故障預(yù)測(cè)程序內(nèi)置于故障預(yù)測(cè)裝置3中，完成螺旋槳的故障預(yù)測(cè)。

本發(fā)明工作過(guò)程：一螺旋槳實(shí)驗(yàn)臺(tái)，是本發(fā)明實(shí)施例的故障預(yù)測(cè)對(duì)象，它可以設(shè)置螺旋槳的各種故障模式；按照?qǐng)D1結(jié)構(gòu)連接各個(gè)設(shè)備，再按圖2的故障預(yù)測(cè)流程進(jìn)行預(yù)測(cè)處理，將振動(dòng)位移信號(hào)傳感器1固定到的螺旋槳實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，待信號(hào)穩(wěn)定后，按下故障預(yù)測(cè)裝置3薄膜面板的"信號(hào)采樣"按鈕，則故障預(yù)測(cè)裝置3啟動(dòng)通信程序驅(qū)動(dòng)位移信號(hào)采樣調(diào)理裝置2，通過(guò)串行接口將振動(dòng)位移的電壓信號(hào)送入故障預(yù)測(cè)裝置3并保存；按下故障預(yù)測(cè)裝置3薄膜面板的"小波分析"按鈕，則故障預(yù)測(cè)裝置3啟動(dòng)小波分析處理程序，對(duì)采集的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行小波分析處理，得到螺旋槳不同時(shí)間系列的不同頻段能量函數(shù)大小并保存；按下故障預(yù)測(cè)裝置3薄膜面板的"灰色模型"按鈕，則故障預(yù)測(cè)裝置3啟動(dòng)灰色預(yù)測(cè)處理程序，利用螺旋槳不同時(shí)間系列的不同頻段能量函數(shù)值建立灰色預(yù)測(cè)模型，計(jì)算下一時(shí)刻螺旋槳的不同頻段能量函數(shù)值并保存；按下故障預(yù)測(cè)裝置3薄膜面板的的"故障預(yù)測(cè)"按鈕，則故障預(yù)測(cè)裝置3啟動(dòng)故障預(yù)測(cè)程序，計(jì)算下一時(shí)刻螺旋槳的振動(dòng)位移預(yù)測(cè)數(shù)值并判定螺旋槳的工作狀態(tài)，由圖6的液晶電路顯示螺旋槳未來(lái)工作狀況。圖7是螺旋槳實(shí)驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)位移時(shí)域信號(hào)圖；圖8是螺旋槳實(shí)驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)位移小波變換后的頻域能量分布圖。故障預(yù)測(cè)流程圖參看圖2。

盡管上述實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是對(duì)于本行業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，仍可對(duì)本實(shí)施例作多種變化，因此，凡是采用本發(fā)明的相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。