[发明专利]一种基于声学信号的过程装备两步故障定位方法

说明书

本发明提供了一种基于声学信号的过程装备两步故障定位方法。本发明结合MUSIC算法与时差矩阵算法，对封闭空间内过程装备的故障定位采用先整体区域多型动、静设备粗定位，后故障设备精确定位的两步方法，可以识别出多台运行设备中的故障设备，并且对该设备进行精确故障定位，减少了检测成本，降低了操作要求，可实现封闭空间内过程装备同时运行状态下的无接触故障定位。

技术领域

本发明提供一种封闭空间内过程装备同时运行状态下的故障源定位方法，它涉及一种多型动、静设备非接触式监测方法，具体来说，涉及一种基于声学信号的过程装备两步故障定位方法。

背景技术

近年来，随着我国现代工业的高速发展，机械设备的需求数量也在逐年增加，机械设备是国民经济建设和生产发展的重要物质基础，在日常的工业生产中具有举足轻重的地位，其运行状况好坏直接影响工业企业的效益。并且多数企业建立了流程生产体系，一旦机械设备的某些部件出现问题，就会影响整个设备的运行，进而影响整个生产体系，造成巨大的经济损失，甚至造成严重的灾难事件。因此，能够保证设备正常运行、延长使用寿命的状态监测和故障诊断技术日益显示出其必要性和迫切性。运用先进的状态监测与故障诊断技术不仅可以提早发现设备的故障苗头，避免因发现不及时导致恶性事故的发生，还可以从根本上解决目前设备定期维护过程中“失修、过修”的问题。因此，在机械设备日常管理过程中就要求通过在线监测尽早识别出较小的故障现象，并监视其故障的发展趋势，以便在此故障产生较大破坏之前，及时调整运行参数或有计划的日常维修保养。

由于设备的复杂程度越来越高，设备停机的损失越来越大，因此设备的状态监测问题得到了工业界和学术界的普遍重视，机械设备健康状态监测和诊断在国外得到迅猛发展，成为当今先进设备管理的新思路。从上世纪90年代开始，我国才开始推广这种技术，并且取得了良好效果。机械设备健康状态监测与故障诊断技术包含两个方面：一是实时监测；二是故障诊断。设备的健康状态监测是指对设备的一些特征参数进行监测，将采集到的参数值与正常理论值比较，检测机械部件是否正常运行。故障诊断分为两个部分：一个是判断设备是否存在故障；二是对存在故障的机械设备要找出故障位置、分析影响原因和判断严重程度，并且提供有效的方法去处理。其中研究设备监测问题的文献数以万计，但仅仅是关于单设备的各种模型较多，单设备的监测与故障诊断问题得到了比较充分的研究。但是，由于过程装备系统的复杂性，关于过程装备系统的监测以及故障诊断定位的研究文献十分稀少。而在实际流程工业的生产应用中，传统的单设备监测与诊断方法难以及时识别与定位。并且，目前的机械设备的故障诊断主要是基于振动信号的测量和分析，只能定点定性监测，无法大范围监测，而且在某些特殊工况环境下传感器安装不便或振动信号无法反馈，使得以测量振动信号为代表的接触式故障诊断方法受到限制，故过程装备非接触式全场景故障定位方法的提出势在必行。

而可以通过非接触式传感器采集到的机械噪声恰恰蕴含着丰富的设备状态信息，它是机械振动通过弹性媒介传播到外部的结果，其与机械振动互为因果关系。以测量声学信号为代表的非接触式故障诊断法可以在某些特殊环境下部分的代替振动信号作为故障诊断的手段。随着研究的不断深入，声学技术已经被运用到很多领域，并在其中扮演着十分重要的角色。其中，麦克风阵列是一种常见的用来采集声音信号的工具。阵列信号中包含很多信息，其中十分重要的一项即为声源的位置信息。而MUSIC算法是其中应用较广的阵列信号处理算法，其具有悠久的发展历史，已经在许多领域得到研究，如雷达、声纳、地震学、通信等。它可以应用于许多不同的领域，例如信号检测、波达方向估计(DOA)等。

因此，针对本领域技术人员迫切解决的一些技术问题，根据上述故障诊断思路，结合MUSIC算法与时差矩阵提出了基于声学信号的过程装备两步故障定位方法，能够实现封闭空间内多台动、静设备同时运行状态下的无接触故障定位，不仅可以识别出多台运行设备中的故障设备，还可以对该设备进行精确故障定位，该项目为声源定位领域的发展提供了一个崭新的视角。

发明内容