一種基于數(shù)據(jù)匹配的lpms質(zhì)量估計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于數(shù)據(jù)匹配的LPMS質(zhì)量估計(jì)方法，先進(jìn)行壓電式加速度傳感器布置；再進(jìn)行不同質(zhì)量，不同墜落高度沖擊信號(hào)采集；然后對(duì)這些時(shí)域信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，轉(zhuǎn)化為頻譜；再設(shè)定截止頻率，得到有效頻段頻譜；然后設(shè)定多項(xiàng)式擬合階次，對(duì)有效頻段頻譜進(jìn)行曲線擬合；再將所有擬合曲線作為樣本組成質(zhì)量估計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)；然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，并得到擬合曲線；再將所得的曲線與數(shù)據(jù)庫(kù)中所有樣本進(jìn)行相關(guān)性匹配分析；然后根據(jù)相關(guān)系數(shù)與樣本信息，計(jì)算單通道質(zhì)量估計(jì)值；再剔除異常值，計(jì)算最終的質(zhì)量估計(jì)值。本發(fā)明避免了墜落高度因素和環(huán)境噪聲因素的影響，具有精度高以及抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，還具有魯棒性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于數(shù)據(jù)匹配的LPMS質(zhì)量估計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及核工程【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于數(shù)據(jù)匹配的LPMS質(zhì)量估計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 松動(dòng)部件監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Loose part monitoring system, LPMS)是核電站一回路基本 的安全工具之一，對(duì)核電站的安全運(yùn)行具有重大意義。其中，松動(dòng)件的質(zhì)量估計(jì)是LPMS系 統(tǒng)的基本功能之一。當(dāng)松動(dòng)件脫離、碰撞時(shí)準(zhǔn)確估計(jì)出其質(zhì)量，繼而判斷松動(dòng)件的類(lèi)型和危 害程度，為后續(xù)的故障診斷和排除提供依據(jù)。目前常用的LPMS質(zhì)量估計(jì)方法有：
[0003] (1)基于碰撞信號(hào)高低頻段能量比的質(zhì)量估計(jì)方法；該方法極其依賴(lài)高低頻段分 界點(diǎn)的選擇，同時(shí)依賴(lài)高低頻段頻帶的選擇，以上參數(shù)的不恰當(dāng)選擇會(huì)產(chǎn)生誤差較大的質(zhì) 量估計(jì)結(jié)果。
[0004] (2)基于頻譜特征與模式識(shí)別的質(zhì)量估計(jì)方法；一種利用模式識(shí)別和人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)理論實(shí)現(xiàn)LPMS質(zhì)量估計(jì)的方法，主要存在以下問(wèn)題：需要大量訓(xùn)練樣本，學(xué)習(xí)速度慢，可 能出現(xiàn)局部收斂。
[0005] (3)基于時(shí)頻變換的質(zhì)量估計(jì)方法；該方法中的時(shí)頻變換包括：短時(shí)傅里葉變換、 小波變換和S變換等。通過(guò)時(shí)頻變換將時(shí)域沖擊信號(hào)轉(zhuǎn)化為時(shí)頻譜，以時(shí)頻譜中的頻率分 布信息作為質(zhì)量特征參數(shù)進(jìn)行質(zhì)量估計(jì)。
[0006] (4)基于小波能量譜的質(zhì)量估計(jì)方法。在小波變換的定義下，根據(jù)能量密度的定義 可計(jì)算得到小波能量譜，其表征不同尺度所對(duì)應(yīng)的能量密度函數(shù)。小波能量譜的分布情況 與頻譜分布相似。
[0007] 上述方法中的質(zhì)量特征均依賴(lài)于頻譜或者時(shí)頻譜中的頻率信息，其基本假設(shè)認(rèn)為 質(zhì)量是影響頻率分布的唯一因素。然而，當(dāng)同一質(zhì)量的松動(dòng)件墜落高度不同時(shí)，碰撞速度不 同，產(chǎn)生信號(hào)的頻率成分并不相同。在這種情況下，僅僅依靠頻率信息難以準(zhǔn)確體現(xiàn)質(zhì)量特 征，難以保證質(zhì)量估計(jì)的準(zhǔn)確性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)據(jù)匹配的LPMS 質(zhì)量估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)不同墜落高度松動(dòng)部件的質(zhì)量估計(jì)。
[0009] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
[0010] 一種基于數(shù)據(jù)匹配的LPMS質(zhì)量估計(jì)方法，包括以下步驟：
[0011] 步驟一，在核電站反應(yīng)堆的壓力容器壁上安裝三個(gè)壓電式加速度傳感器；
[0012] 步驟二，用不同質(zhì)量的鋼球從不同高度墜落敲擊壓力容器壁，通過(guò)傳感器采集沖 擊信號(hào)，記為(〇，其中m代表鋼球質(zhì)量，h代表墜落高度，i代表對(duì)應(yīng)的傳感器編號(hào)，即通 道編號(hào)；
[0013] 步驟三，對(duì)沖擊信號(hào)(0進(jìn)行傅里葉變換得到頻譜，記為尤.,,(/)，計(jì)算公式為：
[0014] = 2：：!'dt (I)
[0015] 步驟四，為了消除高頻部分的冗余信息，選取截止頻率f_，使頻譜80%以上的能 量分布在頻段[0, fmax]中，截止頻率fmax設(shè)定在15kHz到20kHz之間；
[0016] 步驟五，對(duì)有效頻段頻譜，尤,"(/)/</_，進(jìn)行n階多項(xiàng)式曲線擬合，記為 SUf)
[0017] 階次n反映擬合特性，n越大擬合曲線越能反映頻譜的細(xì)節(jié)信息，反之，n越小擬合 曲線越能反映頻譜的整體信息，階次n設(shè)定在6到10之間；
[0018] 步驟六，將步驟五中所得的所有信號(hào)，兒』(/) ，'作為樣本組成質(zhì)量估計(jì) 數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0019] 步驟七，通過(guò)傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)由松動(dòng)件跌落產(chǎn)生的沖擊信號(hào)，記為x(t)，根據(jù)步驟 三、四、五處理x(t)，得到文(/) /Wmax;
[0020] 步驟八，查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)尋找最優(yōu)匹配，通過(guò)互相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于數(shù)據(jù)匹配的LPMS質(zhì)量估計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，在核電站反應(yīng)堆的壓力容器壁上安裝三個(gè)壓電式加速度傳感器； 步驟二，用不同質(zhì)量的鋼球從不同高度墜落敲擊壓力容器壁，通過(guò)傳感器采集沖擊信 號(hào)，記為之其中m代表鋼球質(zhì)量，h代表墜落高度，i代表對(duì)應(yīng)的傳感器編號(hào)，即通道編 號(hào)； 步驟三，對(duì)沖擊信號(hào)!;,(0進(jìn)行傅里葉變換得到頻譜，記為尤."(/)，計(jì)算公式為：
步驟四，為了消除高頻部分的冗余信息，選取截止頻率匕"，使頻譜80%以上的能量分 布在頻段[〇,fmax]中，截止頻率fmax設(shè)定在15kHz到20kHz之間； 步驟五，對(duì)有效頻段頻譜，^,,(/)/</_，進(jìn)行n階多項(xiàng)式曲線擬合，記為
階次n反映擬合特性，n越大擬合曲線越能反映頻譜的細(xì)節(jié)信息，反之，n越小擬合曲線 越能反映頻譜的整體信息，階次n設(shè)定在6到10之間； 步驟六，將步驟五中所得的所有信號(hào)，矣"(/)/</_，作為樣本組成質(zhì)量估計(jì)數(shù)據(jù) 庫(kù)； 步驟七，通過(guò)傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)由松動(dòng)件跌落產(chǎn)生的沖擊信號(hào)，記為x(t)，根據(jù)步驟三、 四、五處理x(t)，得到々/) /H; 步驟八，查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)尋找最優(yōu)匹配，通過(guò)互相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)：
P代表兩組信號(hào)的相關(guān)系數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)上是兩組信號(hào)的協(xié)方差和兩組信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)差之積 的比值，其大小反映了兩組信號(hào)的相似程度，具體數(shù)值為〇至1，式中協(xié)方差與標(biāo)準(zhǔn)差的具 體公式如下：
根據(jù)上述公式求出現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)樣本的匹配程度； 步驟九，假設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)包含aXbXc組樣本，其中a代表鋼球質(zhì)量種類(lèi)數(shù)，b代表墜落高 度種類(lèi)數(shù)，c代表同一質(zhì)量同一墜落高度試驗(yàn)重復(fù)次數(shù)，根據(jù)步驟八，共進(jìn)行了aXbXc次 相關(guān)性計(jì)算，選取最大的aXc個(gè)相關(guān)系數(shù)，記為P。P2, P3. .. PaX。，對(duì)應(yīng)樣本的質(zhì)量分別 為叫，!^，!!^…!!^。。那么，質(zhì)量估計(jì)結(jié)果為：
步驟十，根據(jù)步驟七、八、九得到單個(gè)通道的質(zhì)量估計(jì)結(jié)果，由于采用了三個(gè)傳感器，得 到三個(gè)質(zhì)量估計(jì)結(jié)果，分別記為maspmas2和mas3，剔除偏離平均值最大的結(jié)果，其編號(hào)為
剩余兩者的平均值作為最終的質(zhì)量估計(jì)結(jié)果。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104408303SQ201410667958
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】林京, 華佳東, 曾亮, 高飛, 黃利平, 羅志 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)