一种科里奥利质量流量计的挂壁故障检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111397700A(43)申请公布日2020.07.10(21)申请号202010134093.2(22)申请日2020.03.02(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人任建新黄天兴杨鹏张佩(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人常威威(51)Int.Cl.G01F25/00(2006.01)G06N3/04(2006.01)G06N3/08(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图8页(54)发明名称一种科里奥利质量流量计的挂壁故障检测方法(57)摘要本发明提供了一种基于振动外传的科氏流量计挂壁故障检测方法。通过在科氏流量计壳体外部采用外附加振动传感器，获取其振动外传信号，采用盲源分离的方法对信号进行处理，提取信号的样本熵故障特征信息，并利用BP神经网络完成对科氏流量计的挂壁故障检测。本发明无需对科氏流量计外壳体进行拆卸，方法实现简单，能够降低科氏流量计的维护成本；通过对信号进行分离处理，能够解决振动外传信号混合的问题，可提高故障特征识别与检测的准确性。CN111397700ACN111397700A权利要求书1/1页1.一种科里奥利质量流量计的挂壁故障检测方法，其特征在于步骤如下：步骤1：利用外附加振动传感器采集得到科里奥利质量流量计不同状态下的70组振动外传信号，其中，50组作为训练样本数据，另外20组作为测试样本数据，所述的不同状态包括正常状态、单点挂壁状态、单管两点挂壁状态、双管两点挂壁状态、三点挂壁状态和四点挂壁状态；然后，采用EMD-FastICA盲源分离算法对振动外传信号进行分离，得到其源信号；所述的采用EMD-FastICA盲源分离算法对信号进行分离的具体过程为：步骤1.1：利用EMD方法将振动外传信号x(t)分解为若干本征模态信号X1(t),X2(t),…,Xn(t)，其中，Xi(t)表示第i个本征模态信号，i＝1,…,n，n表示分解得到的本征模态信号个数；步骤1.2：所有本征模态信号与原信号重构组成多通道观测信号X(t)＝[x(t),X1(t),X2T(t),…,Xn(t)]，其中，X(t)表示重构得到的多通道观测信号；H步骤1.3：按照RXX＝[X(t)X(t)]/N计算得到多通道观测信号的协方差矩阵RXX，其中，N表示振动外传信号的总采样数；步骤1.4：对协方差矩阵RXX进行KL分解，得到N个特征值，设有m个特征值之和达到所有特征值之和的99％，则估计的源信号个数为m；步骤1.5：采用FastICA算法对步骤1.2重构得到的多通道观测信号进行分离，得到m个源信号；步骤2：提取不同状态下各个源信号的样本熵；步骤3：以所有状态下训练样本振动外传信号的各个源信号的样本熵为信号特征向量组成训练样本集，将训练样本集输入到BP神经网络输入层，利用BP算法对BP神经网络的模型进行学习训练，确定BP神经网络模型的各单元之间的连接权重，得到训练好的BP神经网络模型；步骤4：以所有状态下测试样本振动外传信号的各个源信号的样本熵为信号特征向量组成测试样本集，将测试样本集输入到步骤3训练好的BP神经网络，输出得到测试样本数据的状态及是否存在故障。2CN111397700A说明书1/7页一种科里奥利质量流量计的挂壁故障检测方法技术领域[0001]本发明属科里奥利质量流量计故障检测领域，具体涉及一种科里奥利质量流量计的挂壁故障检测方法。背景技术[0002]科里奥利质量流量计(简称科氏流量计)是一种直接式质量流量仪表，仪表具有测量精度高、测量流体范围广、量程宽等优点，在工业领域与国防建设中得到了广泛的应用。[0003]科氏流量计基于科里奥利效应进行测量工作，当流体流经振动管时，由于科里奥利力的作用，振动管两侧拾振器的相位发生改变，通过测量两者的相位差，从而达到流体质量流量检测的目的。[0004]但是在工业现场，科氏流量计测量的流体性质复杂，可能具有一定粘性、含有固性颗粒等，加之温度、压力等因素的影响，会造成振动管道内的杂质沉积，出现挂壁故障，影响了科氏流量计的正常工作。[0005]处在挂壁故障状态下的科氏流量计，挂壁故障若不能及时排除，会对企业造成很大的经济损失。如果科氏流量计挂壁故障发生在一些特殊领域，如医药、核电、石油化工等行业，轻则会影响生产效率或造成经济损失，重则会造成突发事故，威胁工作人员的生命安全。因此，研究可靠的挂壁故障检测方法，对保证企业生产过程安全高效的运行、保障过程操作人员的人身安全具有重要的实践意义和应用价值。传统的挂壁故障检测需要人工拆卸，费时费力，因此在高效率、专业化的挂壁故障检测技术上有不可或缺的需求。发明内容[0006]针对科氏流量计振动管道出现的挂壁故障，