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摘要： 为了保证学术性论文的真实性和原创性，端正对学术性论文抄袭与剽窃、伪造、篡改、不当署名、一稿多投等学术界的不正之风，以及本着对本刊论文作者和读者负责任的态度，医学与哲学杂志社于2009年2月开始启用《科技期刊学术不端文献检测系统（AMLC）》。该系统以《中国学术文献网络出版总库》为全文比对数据库，

关键词： 离心泵   振动信号   时频分析   特征提取   自编码器  

摘要： 离心泵应用十分广泛,从民用、石油化工到国防建设,都扮演着不可或缺的角色。离心泵一旦出现故障可能会造成严重影响,及时诊断出离心泵的健康状态,确保设备工作的稳定性与安全性至关重要。 特征提取是评估离心泵健康状态的重要方法,特征的有效性直接影响到后续故障诊断的效果。传统的特征提取方法仅对离心泵振动信号的时域、频域进行简单处理,在一定条件下能够区分出离心泵的部分故障特征。但实际工业中离心泵振动信号存在噪声大、干扰多等问题,导致传统特征难以有效表征设备状态,进而影响故障诊断的效果。 针对上述问题,本文提出离心泵振动信号时频分析与编码器混合的故障特征提取方法。首先,本文使用时频分析方法分解振动信号,构造深度特征。其次,使用自编码器提取出离心泵的故障敏感特征。最后,通过离心泵试验数据与工业现场数据验证了方法的有效性。具体研究内容包括: (1)由于部分经典时频统计特征易受噪声影响,而且特征选择方法较多。为获得合适的特征选择方法,本文提出一种基于同类故障数据和不同类故障数据距离的特征选择评价指标,使用补偿距离评估技术作为离心泵振动信号的特征选择方法,并根据该方法从经典时频统计特征中选取出抗噪能力较强的相对有效特征; (2)为了获取离心泵更全面的故障信息,本文提出了基于EMD和自编码器的特征提取方法。从EMD分解到的不同分量角度出发,根据其能量特性,设计出敏感分量的评价指标。然后通过提取敏感分量的时频特征,构造出深度特征。基于离心泵试验数据验证,所提的深度特征包含更加全面的离心泵故障信息,能更好地表征其健康状态。在通过自编码器对深度特征进行降维后,可以在一定程度上去除冗余信息,故障诊断率有一定程度的提升; (3)本文提出了基于小波分析和自编码器的特征提取方法,基于小波分解和小波包分解得到的分量,从不同频率尺度的角度分析,分别设计出适合小波分解和小波包分解的评价指标,构造出深度特征。基于离心泵试验数据验证,构造出的深度特征同样有很强的数据挖掘能力和抗噪能力,并通过自编码器降维后,故障诊断率有一定程度的提升; (4)最后,本文与工业实际相联系,利用工业实际离心泵数据对所提特征提取方法进行测试。在离心泵工业实际数据集中,本文所提基于EMD和基于小波分解的深度特征方法,均能有效地提取出故障敏感特征,在工程实际中有一定应用价值。

关键词： 离心机   电阻抗层析成像   两相流   可视化  

摘要： 离心机是一种利用离心力分离液体与固体颗粒或液体与液体的混合物中各组分的机械装置。其广泛应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理等领域。离心机在工作时其内部液体或颗粒的分布与分散程度难以直接观测,分离效果大多依赖于操作人员的经验,电阻抗成像(EIT,Electrical Impedance Tomography)方法,具有非侵入、无辐射、成像速度快、可在线实时检测等优势,符合离心机内部成像的技术,因此本文对基于电阻抗成像技术的离心机内部可视化系统搭建进行研究,本研究的主要内容及结论如下: 首先,分析了电阻抗成像的数学原理,研究了 EIT成像的正反问题,研究了成像电极检测策略,采用仿真的方法对目前多种图像重构算法进行了对比,选用了成像效果较好的Tikhonov正则化算法。 其次,设计了成像系统的硬件部分,该部分包括电流源模块、电压采集模块、多路复用器模块。对前两个模块进行了不同的仿真以及实验验证。其中电流源模块使用了改进的Howland电流源使其拥有了更好的恒流特性,并提高了电流源模块的共模抑制比。对于电压采集模块,本研究优化了采集模块的连接方式,减少了误差传递有效提高了图像重建精度。最后对多路复用器模块包括多路复用器的连接方式进行了优化,满足动态实时成像实验的硬件要求。 再次,研究了 FPGA控制系统的逻辑部分以及数据处理方法,其中包含数字累加器模块,该模块为激励电流提供了正弦波形以及幅值信息,优化了其输出的波形精度。本文正确配置了模数转化芯片并做仿真进行验证。对激励测量策略进行了仿真,并选取了适合于离心机和本文的激励策略。本文数据传输中使用了串口做为通讯协议,本文设置了 FIFO缓存器,并按照串口设置的波特率进行发送数据,完成与上位机通讯,在上位机中利用数学软件进行快速傅里叶变化提取主频率的数据,从而实现离心机工作状态的内部成像。 最后,搭建了动态实验回转台,并进行了实验验证。实验检测了固液静态成像、气液动态成像以及固液动态成像。结果表明,系统的整体信噪比≥60dB,采集的边界电压数据与LCR阻抗仪的相关性达到0.912。并且系统能在更细致的转速下识别气液分层的涡流线,验证了本文系统可以用于离心机内部气液两相的分层检测,对于固液成像的结果也符合实际工况。