2011在職工程碩士論文：電氣信號數(shù)字化檢測核心研發(fā)
一、電氣設(shè)備檢測與故障診斷系統(tǒng)的組成
電氣設(shè)備檢測與故障診斷包括以下基本過程：信號檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、診斷?；具^程如下：通過各種傳感器（如光、電、溫度、振動、流量、化學(xué)等）檢測出設(shè)備的狀態(tài)信號，并使其可被傳輸，轉(zhuǎn)換，采集，處理。然后由數(shù)據(jù)采集單元采集并存儲于存儲器中。傳送載體可以是電纜或光纜，為了其提高抗干擾能力，多采用光纜或采用數(shù)字信號傳輸。數(shù)據(jù)采集可以采用三種方式：采集信號波形，采集信號峰值或記錄峰值超過閥值的脈沖。進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，主要為抑制干擾，保留或增強(qiáng)有用信號，提煉信號特征。依據(jù)所得的特征信號，采用各種診斷方法，如模糊邏輯，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)等得出診斷結(jié)果。
二、信號處理技術(shù)在電氣設(shè)備檢測中的應(yīng)用
通過信號處理，能夠抑止干擾、保留或增加有用的信號，提煉信號特征，從中獲得與故障相關(guān)地征兆，利用征兆進(jìn)行故障診斷。時域分析、快速傅立葉變換頻域分析、小波分析、小波包分析等信號處理提取技術(shù)的發(fā)展為電氣設(shè)備的檢測診斷提供了前提條件。
利用小波變換的多分辨率性質(zhì)，基于信號和隨機(jī)噪聲在小波變換域中不同的模極大值系數(shù)特征，提取信號和噪聲在多尺度分辨空間中的波形特征，而且根據(jù)表征該特征的小波系數(shù)模極大值傳播特性的不同，來實(shí)現(xiàn)對信號波形的有效檢測。小波分析能準(zhǔn)確的反映故障發(fā)生的時間、位置等信息，并能對電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時有效的狀態(tài)檢測和故障診斷。
三、電氣設(shè)備檢側(cè)技術(shù)的發(fā)展方向
1、電氣設(shè)備檢測的信息融合技術(shù)發(fā)展
在電氣設(shè)備檢測中引入多傳感器與數(shù)字化信息融合技術(shù)，首先是可以拓寬信息來源渠道，其次是可以改善信息處理的質(zhì)量，提高診斷的準(zhǔn)確性，以便對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有整體的、全面的了解。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠提高測量抗干擾的能力，因?yàn)椴煌膫鞲衅鲗Ω蓴_的反映靈敏度不同，盡管在某些傳感器中可能存在比較強(qiáng)的干擾信號，（考試大）但是當(dāng)與其他對電磁干擾反映不靈敏的傳感器信息進(jìn)行融合之后，就可以剔除其中所包含的干擾信號分量。
2、基于虛擬信號技術(shù)的發(fā)展
虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)前測試與控制領(lǐng)域技術(shù)的研究熱點(diǎn)，它是以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以軟件為核心的自然科學(xué)信息測試、分析、存儲、傳輸與控制系統(tǒng)。通過虛擬技術(shù)，系統(tǒng)的界面更加形象逼真，具有良好的可視性和交互性，可以明了的表現(xiàn)電氣系統(tǒng)的狀態(tài)。
3、遠(yuǎn)程電氣信號檢測和網(wǎng)絡(luò)化跟蹤
隨著分布式計(jì)算技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)、面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)和寬帶數(shù)字通信技術(shù)的長足發(fā)展，基于因特網(wǎng)的電氣設(shè)備故障檢測將成為現(xiàn)實(shí)，將設(shè)備診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的早期診斷和及時維修。遠(yuǎn)程監(jiān)測和診斷可實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的診斷知識與數(shù)據(jù)共享，遠(yuǎn)程協(xié)作診斷以因特網(wǎng)為橋梁，必將在時間和空間上縮短電力設(shè)備和診斷專家的距離。
4、基于人工智能的信號數(shù)字化檢測系統(tǒng)開發(fā)
所謂的人工智能是以模型化的計(jì)算機(jī)來代替人的思維方式解決問題的一種方法。專家系統(tǒng)實(shí)際上是人工智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，通過匯集和管理不同來源的眾多專家知識，用仿人類專家推理過程的計(jì)算機(jī)模型來解決現(xiàn)實(shí)生活中某些復(fù)雜的重要問題，而目前專家系統(tǒng)的問題是缺乏有效的診斷知識表達(dá)、不確定性的知識推理及知識獲取困難；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的興起開辟了一條嶄新的途徑，它是由大量處理單元互連而成的網(wǎng)絡(luò)，是在現(xiàn)代神經(jīng)生物學(xué)和認(rèn)知科學(xué)對人類信息處理研究成果的基礎(chǔ)上提出的，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力、并行能力、容錯能力和魯棒性，從而可以代替復(fù)雜耗時的傳統(tǒng)算法，使信號處理過程更接近人類思維活動；狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中經(jīng)常用模糊的自然語言來說明狀態(tài)的特征，為了準(zhǔn)確有效的判斷具有模糊征兆的狀態(tài)，必須用模糊集合的概念對其是否屬于某個狀態(tài)的原因進(jìn)行描述，特別對于一些征兆與狀態(tài)之間無法確定的數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，只有在獲取系統(tǒng)狀態(tài)的綜合效應(yīng)、積累維修經(jīng)驗(yàn)和集中專家意見的前提下，用模糊的方法進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。
5、開放式電氣信號數(shù)字化故障診斷系統(tǒng)
開放式電氣信號數(shù)字化故障診斷系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)連接的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別。傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是封閉或半封閉的，其構(gòu)造和輸入都需要設(shè)計(jì)人員來修改，而遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的知識庫必須是基于Web數(shù)據(jù)庫的開放式體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者只需完成一個簡單的系統(tǒng)框架，知識庫的填充是在系統(tǒng)的維護(hù)與使用過程中不斷充實(shí)的，從而使整個系統(tǒng)具有靈活性，可擴(kuò)展性。
6、基于數(shù)字化的壽命周期成本管理
實(shí)行狀態(tài)檢測的最終目的就是為了提高經(jīng)濟(jì)效益和降低生產(chǎn)成本，當(dāng)電氣設(shè)備運(yùn)行到一定的年限，設(shè)備的檢修費(fèi)用可能會高于重新配置設(shè)備的費(fèi)用，這與狀態(tài)檢測的初衷是相悖的。而基于設(shè)備壽命周期費(fèi)用管理就是以設(shè)備在整個壽命周期內(nèi)所花費(fèi)的總費(fèi)用為評價指標(biāo)，比僅僅根據(jù)檢測診斷、壽命預(yù)測、可靠性分析進(jìn)行狀態(tài)檢修更加合瑾，更符合所追求的目標(biāo)，基于這種方法的狀態(tài)檢修決策要同時考慮本次檢修和本次檢修對設(shè)備長期運(yùn)行效率和成本的影響，從而提出更加切合實(shí)際的維修、更新措施。
通過以上對于電氣設(shè)備檢側(cè)技術(shù)發(fā)展方向的分析，我們可以進(jìn)一步明確，信號數(shù)字化應(yīng)用于電氣檢測的各個領(lǐng)域。從多方面來講，電氣信號數(shù)字化檢測是今后發(fā)展的方向。我們應(yīng)該從理論與實(shí)踐上進(jìn)一步推進(jìn)電氣設(shè)備檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，為企業(yè)提供良好的技術(shù)保障。
一、電氣設(shè)備檢測與故障診斷系統(tǒng)的組成
電氣設(shè)備檢測與故障診斷包括以下基本過程：信號檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、診斷?；具^程如下：通過各種傳感器（如光、電、溫度、振動、流量、化學(xué)等）檢測出設(shè)備的狀態(tài)信號，并使其可被傳輸，轉(zhuǎn)換，采集，處理。然后由數(shù)據(jù)采集單元采集并存儲于存儲器中。傳送載體可以是電纜或光纜，為了其提高抗干擾能力，多采用光纜或采用數(shù)字信號傳輸。數(shù)據(jù)采集可以采用三種方式：采集信號波形，采集信號峰值或記錄峰值超過閥值的脈沖。進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，主要為抑制干擾，保留或增強(qiáng)有用信號，提煉信號特征。依據(jù)所得的特征信號，采用各種診斷方法，如模糊邏輯，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，專家系統(tǒng)等得出診斷結(jié)果。
二、信號處理技術(shù)在電氣設(shè)備檢測中的應(yīng)用
通過信號處理，能夠抑止干擾、保留或增加有用的信號，提煉信號特征，從中獲得與故障相關(guān)地征兆，利用征兆進(jìn)行故障診斷。時域分析、快速傅立葉變換頻域分析、小波分析、小波包分析等信號處理提取技術(shù)的發(fā)展為電氣設(shè)備的檢測診斷提供了前提條件。
利用小波變換的多分辨率性質(zhì)，基于信號和隨機(jī)噪聲在小波變換域中不同的模極大值系數(shù)特征，提取信號和噪聲在多尺度分辨空間中的波形特征，而且根據(jù)表征該特征的小波系數(shù)模極大值傳播特性的不同，來實(shí)現(xiàn)對信號波形的有效檢測。小波分析能準(zhǔn)確的反映故障發(fā)生的時間、位置等信息，并能對電氣設(shè)備進(jìn)行實(shí)時有效的狀態(tài)檢測和故障診斷。
三、電氣設(shè)備檢側(cè)技術(shù)的發(fā)展方向
1、電氣設(shè)備檢測的信息融合技術(shù)發(fā)展
在電氣設(shè)備檢測中引入多傳感器與數(shù)字化信息融合技術(shù)，首先是可以拓寬信息來源渠道，其次是可以改善信息處理的質(zhì)量，提高診斷的準(zhǔn)確性，以便對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有整體的、全面的了解。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠提高測量抗干擾的能力，因?yàn)椴煌膫鞲衅鲗Ω蓴_的反映靈敏度不同，盡管在某些傳感器中可能存在比較強(qiáng)的干擾信號，（考試大）但是當(dāng)與其他對電磁干擾反映不靈敏的傳感器信息進(jìn)行融合之后，就可以剔除其中所包含的干擾信號分量。
2、基于虛擬信號技術(shù)的發(fā)展
虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)前測試與控制領(lǐng)域技術(shù)的研究熱點(diǎn)，它是以計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以軟件為核心的自然科學(xué)信息測試、分析、存儲、傳輸與控制系統(tǒng)。通過虛擬技術(shù)，系統(tǒng)的界面更加形象逼真，具有良好的可視性和交互性，可以明了的表現(xiàn)電氣系統(tǒng)的狀態(tài)。
3、遠(yuǎn)程電氣信號檢測和網(wǎng)絡(luò)化跟蹤
隨著分布式計(jì)算技術(shù)、大型數(shù)據(jù)庫技術(shù)、面向?qū)ο蟮能浖夹g(shù)和寬帶數(shù)字通信技術(shù)的長足發(fā)展，基于因特網(wǎng)的電氣設(shè)備故障檢測將成為現(xiàn)實(shí)，將設(shè)備診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備故障的早期診斷和及時維修。遠(yuǎn)程監(jiān)測和診斷可實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的診斷知識與數(shù)據(jù)共享，遠(yuǎn)程協(xié)作診斷以因特網(wǎng)為橋梁，必將在時間和空間上縮短電力設(shè)備和診斷專家的距離。
4、基于人工智能的信號數(shù)字化檢測系統(tǒng)開發(fā)
所謂的人工智能是以模型化的計(jì)算機(jī)來代替人的思維方式解決問題的一種方法。專家系統(tǒng)實(shí)際上是人工智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，通過匯集和管理不同來源的眾多專家知識，用仿人類專家推理過程的計(jì)算機(jī)模型來解決現(xiàn)實(shí)生活中某些復(fù)雜的重要問題，而目前專家系統(tǒng)的問題是缺乏有效的診斷知識表達(dá)、不確定性的知識推理及知識獲取困難；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的興起開辟了一條嶄新的途徑，它是由大量處理單元互連而成的網(wǎng)絡(luò)，是在現(xiàn)代神經(jīng)生物學(xué)和認(rèn)知科學(xué)對人類信息處理研究成果的基礎(chǔ)上提出的，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力、并行能力、容錯能力和魯棒性，從而可以代替復(fù)雜耗時的傳統(tǒng)算法，使信號處理過程更接近人類思維活動；狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中經(jīng)常用模糊的自然語言來說明狀態(tài)的特征，為了準(zhǔn)確有效的判斷具有模糊征兆的狀態(tài)，必須用模糊集合的概念對其是否屬于某個狀態(tài)的原因進(jìn)行描述，特別對于一些征兆與狀態(tài)之間無法確定的數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，只有在獲取系統(tǒng)狀態(tài)的綜合效應(yīng)、積累維修經(jīng)驗(yàn)和集中專家意見的前提下，用模糊的方法進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。
5、開放式電氣信號數(shù)字化故障診斷系統(tǒng)
開放式電氣信號數(shù)字化故障診斷系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)連接的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)有著本質(zhì)的區(qū)別。傳統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是封閉或半封閉的，其構(gòu)造和輸入都需要設(shè)計(jì)人員來修改，而遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的知識庫必須是基于Web數(shù)據(jù)庫的開放式體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)者只需完成一個簡單的系統(tǒng)框架，知識庫的填充是在系統(tǒng)的維護(hù)與使用過程中不斷充實(shí)的，從而使整個系統(tǒng)具有靈活性，可擴(kuò)展性。
6、基于數(shù)字化的壽命周期成本管理
實(shí)行狀態(tài)檢測的最終目的就是為了提高經(jīng)濟(jì)效益和降低生產(chǎn)成本，當(dāng)電氣設(shè)備運(yùn)行到一定的年限，設(shè)備的檢修費(fèi)用可能會高于重新配置設(shè)備的費(fèi)用，這與狀態(tài)檢測的初衷是相悖的。而基于設(shè)備壽命周期費(fèi)用管理就是以設(shè)備在整個壽命周期內(nèi)所花費(fèi)的總費(fèi)用為評價指標(biāo)，比僅僅根據(jù)檢測診斷、壽命預(yù)測、可靠性分析進(jìn)行狀態(tài)檢修更加合瑾，更符合所追求的目標(biāo)，基于這種方法的狀態(tài)檢修決策要同時考慮本次檢修和本次檢修對設(shè)備長期運(yùn)行效率和成本的影響，從而提出更加切合實(shí)際的維修、更新措施。
通過以上對于電氣設(shè)備檢側(cè)技術(shù)發(fā)展方向的分析，我們可以進(jìn)一步明確，信號數(shù)字化應(yīng)用于電氣檢測的各個領(lǐng)域。從多方面來講，電氣信號數(shù)字化檢測是今后發(fā)展的方向。我們應(yīng)該從理論與實(shí)踐上進(jìn)一步推進(jìn)電氣設(shè)備檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，為企業(yè)提供良好的技術(shù)保障。