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振動加速度檢測中傳感器連接狀態(tài)的自動識別

作者: 時間:2012-08-07 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要:在中,如果系統(tǒng)不能對加以自動區(qū)分,將正常下的數(shù)據(jù)和異常下的數(shù)據(jù)全部存入數(shù)據(jù)庫,則必然會給數(shù)據(jù)庫增加不必要的負擔,造成數(shù)據(jù)污染;另外,為了檢修的便利,也有必要的連接狀態(tài)。對中傳感器四種連接狀態(tài)的方法進行了研究:定義了表征不同傳感器連接狀態(tài)的信號數(shù)字特征,結合基于LDA的特征降維和最近鄰分類器來實現(xiàn)。實驗顯示,提出的加速度傳感器四種連接狀態(tài)的自動識別方法是有效的。
關鍵詞:振動加速度;傳感器連接狀態(tài);自動識別;特征提??;近鄰法

0 引言
在公路橋梁等大型結構健康監(jiān)測、機器狀態(tài)監(jiān)測等工作中,經(jīng)常需要檢測振動加速度信號。一個典型的振動加速度在線監(jiān)測系統(tǒng)包括:加速度傳感器、振動加速度采集卡、工控機、數(shù)據(jù)庫服務器等,如圖1所示。監(jiān)測系統(tǒng)在傳感器正常安裝和連接后,有時可能會由于施工等原因造成傳感器松脫、傳感器導線中斷等異常連接狀態(tài);監(jiān)測系統(tǒng)在調試階段,傳感器往往尚未連接至導線或采集板卡,也會表現(xiàn)為一種異常連接狀態(tài)。如果監(jiān)測系統(tǒng)不對傳感器連接狀態(tài)加以區(qū)分,將正常連接下的數(shù)據(jù)和異常連接下的數(shù)據(jù)全部存入數(shù)據(jù)庫,則必然會給數(shù)據(jù)庫增加不必要的負擔,造成數(shù)據(jù)污染。另外,為了方便傳感器的檢修,也有必要自動識別傳感器的連接狀態(tài)。
本文考慮振動加速度傳感器以下四種連接狀態(tài)的區(qū)分:正常安裝連接狀態(tài);傳感器安裝松脫狀態(tài);遠端(圖1中A點)處傳感器未連接上導線;近端(圖1中B點)處導線未連接上采集卡。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/160154.htm

的特征值分解,確定K-L變換的本征向量U’和本征值Λ’,取d個最大本征值對應的本征向量為W,即W=[u1,u2,…,ud],后文取d=3。
(5)求特征變換降維后的最終樣本Y1。令Y1=W’Y則得到降維后的樣本。
2.2 分類識別
基于降維后的學習樣本,可以設計分類器,以對傳感器四種連接狀態(tài)進行分類識別。本文采用簡單有效而被廣泛采用的近鄰法(Nearest Neighbor Classification)來進行分類。即將降維后的學習樣本作為標準樣本,將每次新獲得的8維原始樣本通過預先確定的降維矩陣B和W降維為待檢樣本;然后,在標準樣本中找出與待檢樣本距離最近的樣本,將其類別確定為待檢樣本的類別。

3 實驗與結果
實驗是用一ICP加速度傳感器檢測工控機開機時上表面的振動,采集卡采用的是NI公司的4474卡,見圖1。實驗中模擬的加速度傳感器的四種連接狀態(tài)的具體形式是:
(1)傳感器吸在工控機上表面并與4474正常連接;
(2)傳感器松放在工控機上表面并與4474正常連接;
(3)傳感器端與導線的接頭斷開;
(4)4474端與導線的接頭斷開。每種狀態(tài)下共采集50組數(shù)據(jù),采樣率均為10 kHz,采樣長度為100 000個點。
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用四種狀態(tài)下的前30組數(shù)據(jù)進行學習。按第1節(jié)的方法計算這些數(shù)據(jù)的原始特征,形成8維的原始特征向量。按第2節(jié)的方法分別求出白化變換矩陣B、本征向量U’和本征值Λ’;從式(6)中的最后三個特征值很大可知,降維后的維數(shù)應取d=3。降維后的最終學習樣本集Y1(3×120矩陣)見圖3。由圖3可知,四類連接狀態(tài)的學習樣本在降維之后能完全分開。

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用四種狀態(tài)下的后20組數(shù)據(jù)進行分類測試。首先計算每組數(shù)據(jù)的8個原始特征,基于學習階段確定的降維矩陣對每個樣本進行降維,這里降為3維;然后,與標準樣本——學習樣本進行一一比對。結果顯示,方法對四種狀態(tài)下的每個測試樣本都能正確分類識別,測試正確率為100%。

4 結論
本文定義了表征振動加速度傳感器連接狀態(tài)的8個特征,并結合基于可分性判據(jù)的特征降維和近鄰法分類,形成了識別振動加速度傳感器四種連接狀態(tài)(正常連接、松脫、遠端導線斷開、近端導線斷開)的一種方法或者說途徑。實驗顯示所提方法切實有效。相信該方法在結構健康監(jiān)測、機器狀態(tài)監(jiān)測等中大有可為,通過自動識別振動加速度傳感器的連接狀態(tài),可避免系統(tǒng)調試及使用過程中出現(xiàn)的異常連接數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫,造成數(shù)據(jù)污染、增加數(shù)據(jù)庫負擔;同時,該方法也可為傳感器的檢修提供參考。



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