CN103983881B - 核探测器的故障诊断方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种核探测器的故障诊断方法及装置，将故障检测装置与核探测器连接，在核探测器正常工况下，通过故障检测装置采集核探测器的成形电路、模拟放大电路及核探头的信号数据，用数据处理的方式提取核探测器的特征信息，通过提取这些数据的特征值，从而建立正常状态下数据信息库。当故障发生或即将发生时，这些特征参数信息中的一项或多项会发生改变，有别于正常工况下的参数信息。当对核探测器监控或检测时，再次通过采集获取数据，并通过数据分析的方法获取此时的特征参量，与数据信息库的信息对比，通过其差异判断核探测器是否发生故障异常，并判定故障类型、位置，实现对核探测器故障的智能判定。
Description
技术领域
本发明属于自动化控制领域，特别是用于核辐射探测器的故障诊断方法及装置。
背景技术
核辐射探测器作为核科学研究中的一种重要核辐射测量仪器，它是获取各种辐射信息的源头。核探测器输出信号信噪比低，背景杂波强，又常常工作在高温、高辐射的恶劣环境中，使得核探测器容易发生故障。
目前，为了保证控制监控***的可靠性、可维修性和安全性，通常通过人工巡检核探测器，人工巡检核探测器虽然可以发现一些明显的物理损坏，但是不能察觉到核探测器内在的故障，而且多数核探测器的安装现场有较高辐射，靠人为去发现和修复这些仪器故障很难做到及时有效，并且巡检人员的健康也会受到生产现场的强烈辐射和有毒有害气体的危害。正确判别核探测器故障的性质严重程度和位置，往往要求操作人员具有丰富的经验，对控制监控***的深刻了解，否则可能出现漏判、误判、误操作。
传统的核探测器1如附图1中的虚线框所示，包括成形电路1-1、模拟放大电路1-2及核探头1-3，核探头1-3的第一信号输出端b1与模拟放大电路1-2的第一信号输入端c1连接，模拟放大电路1-2的第一信号输出端c2与成形电路1-1的第一信号输入端e1连接。在仪器数字化及智能化发展趋势下，核探测器存在自动故障智能诊断要求。因此，准确、快速地发现和及时解决核探测器故障就变得非常有必要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种核探测器的故障自动诊断方法及装置。
本发明的技术方案是：一种核探测器的故障诊断方法，将故障诊断装置中的D/A转换器的信号输出端与核探测器中的模拟放大电路的第二信号输入端c3连接，模拟放大电路的第二信号输出端c4与故障诊断装置中的多选开关的d1端连接，故障诊断装置中的CPU处理器的第二信号输出端a2与核探测器中的成形电路的第二信号输入端e2连接，成形电路的信号输出端e3与CPU处理器的第三信号输入端a3连接，核探测器中的核探头的第二信号输出端b2与故障诊断装置中的高低压电压检测模块的信号输入端连接。
在核探测器正常工况下，通过故障检测装置采集成形电路、模拟放大电路及核探头的信号数据，从核探测器信号的统计指标、时频域指标入手，用数据处理的方式提取核探测器的特征信息，从而建立正常状态下数据信息库，并存储在CPU处理器中。
所述的统计指标包括平均值、均方值、有效值、峰值指标及峭度指标。
当故障发生或即将发生时，这些特征参数信息中的一项或多项会发生改变，有别于正常工况下的参数信息，通过数据分析的方法获取此时的特征参量，与存储在CPU处理器2中的正常工况下的参数信息对比，通过其差异判断核探测器是否发生故障异常，并判定故障类型、位置，实现对核探测器故障的智能判定，指导维修人员进行维护。
其具体检测方法如下：
A、核探测器的核探头高压电压源检测，将故障诊断装置中的多选开关与故障诊断装置中的高低压电压检测模块的信号输出端连接，核探头的高压电压源经高低压电压检测模块转换后，利用故障诊断装置中的A/D转换器采集高低压电压检测模块的转换值，故障诊断装置中的CPU处理器通过A/D转换器获取数据后与故障检测装置中的基准电压模块的电压值进行对比，并通过较长时间监测其差值来判断高压电源漂移、恒偏差故障。与基准电压模块的电压值进行对比时，将多选开关转换到与基准电压模块连接。
B、核探测器的模拟放大电路的故障检测，将多选开关与模拟放大电路的信号输出端连接，CPU处理器通过障检测装置中的D/A转换器产生核探头输出的标准信号，施加到模拟放大电路，并用A/D转换器采集模拟放大电路的响应波形，由于模拟放大电路的元器件及电路连接方式已知，因此能够求出模拟放大电路的传递函数，通过对电路的响应波形分析和传递函数模型的计算结果对比，判断出模拟放大电路的故障与否及故障类型，如出现故障时判定出模拟放大电路中发生故障的元器件。
C、核探测器的成形电路的故障检测，CPU处理器直接对成形电路发送特定的数字脉冲，通过检测成形电路的脉冲输出，并与存储在CPU处理器中正常的脉冲波形特征对比，从而判断成形电路故障与否。
D、核探测器输出信号的故障检测，利用A/D转换器采样核探测器的输出信号波形，并通过与存储在CPU处理器中的统计指标、时频域指标对比，来判断核探测器的故障。
核探测器输出的脉冲波形依赖于核探测器的特性、探头结构、电子学、以及入射粒子种类与能量。核脉冲波形参数发生改变时，能够根据核脉冲波形参数特征来判断核探测器是否发生故障及发生故障的部位和原因。所述的核脉冲波形参数包括平均值、均方值、有效值、峰值、脉冲沿上升时间、脉冲沿降时间统计指标。
核探测器信号统计特性：
1)脉冲幅度分布满足正态分布：
其中，P(A)为脉冲幅度的概率，为平均幅度，σA为幅度标准差，由探测器固有能量分辨率决定，
2)脉冲噪声分布满足正态分布规律。
核电子学中的噪声信号主要是散粒噪声核热噪声，其概率密度函数成高斯正态分布
式中噪声电压平均值，σ是噪声电压电压的均方偏差。
3)脉冲时间间隔满足指数分布规律：
I(t)＝ICRt×e-ICR·t (式4)
其中，ICRt为脉冲的平均计数率(放射性活度A)，单位个/s。
判断方法包括首先在***正常工况下对核探测器的信号进行预处理，去除掉采集信号中所含有的噪声和粗差；其次针对处理之后的信号采用数据分析的方法进行特征信息提取，并针对不同故障建立故障数据库。当对核探测器监测时，需从获取的信号波形中提取数据的特征值，处理后与此前建立的故障数据库中的特征信息进行比对，从而对核探测器进行故障检测和故障识别。其中特征值的提取可通过可测信号处理法、时域频域法及核脉冲波形特征法数据分析方法实现，从而实现了核探测器输出信号故障的检测、识别、定位。
上述方法采用的故障诊断装置包括CPU处理器、D/A转换器、高低压电压检测模块、基准电压模块、多选开关及A/D转换器，CPU处理器的第一信号输出端a1与D/A转换器信号输入端连接，高低压电压检测模块的信号输出端与多选开关的d2端连接，基准电压模块的信号输出端与多选开关的d3端连接，多选开关的输出端与A/D转换器信号输入端连接，A/D转换器的信号输出端与CPU处理器的第四信号输入端a4连接，CPU处理器的第五信号输入端a5与多选开关的多选开关控制端连接，由CPU处理器的第五信号输入端a5控制多选开关的转换。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
本发明通过检测核探测器的核探头高压电源、模拟放大电路、成形电路的输出信号，并对信号进行数据分析，以正常工况下的特征信息作为参考，通过分析同一故障产生的数据，获得故障的特征信息，对核探测器的故障进行划分建立故障数据库。与故障库数据对比后可检出故障异常，通过故障种类预期故障发展方向，指导维修人员快速、准确的解决故障。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
附图1为本发明的故障诊断装置与核探测器的连接示意图。
具体实施方式
一种核探测器的故障诊断方法，将故障诊断装置中的D/A转换器3的信号输出端与核探测器1中的模拟放大电路1-2的第二信号输入端c3连接，模拟放大电路1-2的第二信号输出端c4与故障诊断装置中的多选开关6的d1端连接，故障诊断装置中的CPU处理器2的第二信号输出端a2与核探测器1中的成形电路1-1的第二信号输入端e2连接，成形电路1-1的信号输出端e3与CPU处理器2的第三信号输入端a3连接，核探测器1中的核探头1-3的第二信号输出端b2与故障诊断装置中的高低压电压检测模块4的信号输入端连接。
在核探测器1正常工况下，通过故障检测装置采集成形电路1-1、模拟放大电路1-2及核探头1-3的信号数据，从核探测器1信号的统计指标、时频域指标入手，用数据处理的方式提取核探测器1的特征信息，通过提取这些数据的特征值，从而建立正常状态下数据信息库，并存储在CPU处理器2中。
所述的统计指标包括平均值、均方值、有效值、峰值指标及峭度指标。
当故障发生或即将发生时，这些特征参数信息中的一项或多项会发生改变，有别于正常工况下的参数信息，通过数据分析的方法获取此时的特征参量，与存储在CPU处理器2中的正常工况下的参数信息对比，通过其差异判断核探测器1是否发生故障异常，并判定故障类型、位置，实现对核探测器1故障的智能判定，指导维修人员进行维护。
其具体检测方法如下：
A、核探测器1的核探头1-3高压电压源检测，将故障诊断装置中的多选开关6与故障诊断装置中的高低压电压检测模块4的信号输出端连接，核探头1-3的高压电压源经高低压电压检测模块4转换后，利用故障诊断装置中的A/D转换器7采集高低压电压检测模块4的转换值，故障诊断装置中的CPU处理器2通过A/D转换器7获取数据后与故障检测装置中的基准电压模块5的电压值进行对比，并通过较长时间监测其差值来判断高压电源漂移、恒偏差故障。与基准电压模块5的电压值进行对比时，将多选开关6转换到与基准电压模块5连接。
B、核探测器1的模拟放大电路1-2的故障检测，将多选开关6与模拟放大电路1-2的信号输出端连接，CPU处理器2通过障检测装置中的D/A转换器3产生核探头1-3输出的标准信号，施加到模拟放大电路1-2，并用A/D转换器7采集模拟放大电路1-2的响应波形，由于模拟放大电路1-2的元器件及电路连接方式已知，因此能够求出模拟放大电路1-2的传递函数，通过对电路的响应波形分析和传递函数模型的计算结果对比，判断出模拟放大电路1-2的故障与否及故障类型，如出现故障时判定出模拟放大电路1-2中发生故障的元器件。
C、核探测器1的成形电路1-1的故障检测，CPU处理器2直接对成形电路1-1发送特定的数字脉冲，通过检测成形电路1-1的脉冲输出，并与存储在CPU处理器2中正常的脉冲波形特征对比，从而判断成形电路故障与否。
D、核探测器1输出信号的故障检测，利用A/D转换器7采样核探测器1的输出信号波形，并通过与存储在CPU处理器2中的统计指标、时频域指标对比，来判断核探测器1的故障。
上述方法采用的故障诊断装置包括CPU处理器2、D/A转换器3、高低压电压检测模块4、基准电压模块5、多选开关6及A/D转换器7，CPU处理器2的第一信号输出端a1与D/A转换器3信号输入端连接，高低压电压检测模块4的信号输出端与多选开关6的d2端连接，基准电压模块5的信号输出端与多选开关6的d3端连接，多选开关6的输出端与A/D转换器7信号输入端连接，A/D转换器7的信号输出端与CPU处理器2的第四信号输入端a4连接，CPU处理器2的第五信号输入端a5与多选开关6的多选开关控制端连接，由CPU处理器2的第五信号输入端a5控制多选开关6的转换。
Claims (2)
1.一种核探测器的故障诊断方法，所述的核探测器包括成形电路、模拟放大电路及核探头，核探头的第一信号输出端b1与模拟放大电路的第一信号输入端c1连接，模拟放大电路的第一信号输出端c2与成形电路的第一信号输入端e1连接；其特征是：将故障诊断装置中的D/A转换器的信号输出端与核探测器中的模拟放大电路的第二信号输入端c3连接，模拟放大电路的第二信号输出端c4与故障诊断装置中的多选开关的d1端连接，故障诊断装置中的CPU处理器的第二信号输出端a2与核探测器中的成形电路的第二信号输入端e2连接，成形电路的信号输出端e3与CPU处理器的第三信号输入端a3连接，核探测器中的核探头的第二信号输出端b2与故障诊断装置中的高低压电压检测模块的信号输入端连接；
在核探测器正常工况下，通过故障检测装置采集成形电路、模拟放大电路及核探头的信号数据，从核探测器信号的统计指标、时频域指标入手，用数据处理的方式提取核探测器的特征信息，通过提取这些数据的特征值，从而建立正常状态下数据信息库，并存储在CPU处理器中；
所述的统计指标包括平均值、均方值、有效值、峰值指标及峭度指标；
当故障发生或即将发生时，这些特征参数信息中的一项或多项会发生改变，有别于正常工况下的参数信息，通过数据分析的方法获取此时的特征参量，与存储在CPU处理器中的正常工况下的参数信息对比，通过其差异判断核探测器是否发生故障异常，并判定故障类型、位置，实现对核探测器故障的智能判定，指导维修人员进行维护；
其具体检测方法如下：
A、核探测器的核探头高压电压源检测，将故障诊断装置中的多选开关与故障诊断装置中的高低压电压检测模块的信号输出端连接，核探头的高压电压源经高低压电压检测模块转换后，利用故障诊断装置中的A/D转换器采集高低压电压检测模块的转换值，故障诊断装置中的CPU处理器通过A/D转换器获取数据后与故障检测装置中的基准电压模块的电压值进行对比，并通过较长时间监测其差值来判断高压电源漂移、恒偏差故障；与基准电压模块的电压值进行对比时，将多选开关转换到与基准电压模块连接；
B、核探测器的模拟放大电路的故障检测，将多选开关与模拟放大电路的信号输出端连接，CPU处理器通过障检测装置中的D/A转换器产生核探头输出的标准信号，施加到模拟放大电路，并用A/D转换器采集模拟放大电路的响应波形，由于模拟放大电路的元器件及电路连接方式已知，因此能够求出模拟放大电路的传递函数，通过对电路的响应波形分析和传递函数模型的计算结果对比，判断出模拟放大电路的故障与否及故障类型，如出现故障时判定出模拟放大电路中发生故障的元器件；
C、核探测器的成形电路的故障检测，CPU处理器直接对成形电路发送特定的数字脉冲，通过检测成形电路的脉冲输出，并与存储在CPU处理器中正常的脉冲波形特征对比，从而判断成形电路故障与否；
D、核探测器输出信号的故障检测，利用A/D转换器采样核探测器的输出信号波形，并通过与存储在CPU处理器中的统计指标、时频域指标对比，来判断核探测器的故障。
2.根据权利要求1所述的一种核探测器的故障诊断方法，其特征是：所述的故障诊断装置包括CPU处理器、D/A转换器、高低压电压检测模块、基准电压模块、多选开关及A/D转换器，CPU处理器的第一信号输出端a1与D/A转换器信号输入端连接，高低压电压检测模块的信号输出端与多选开关的d2端连接，基准电压模块的信号输出端与多选开关的d3端连接，多选开关的输出端与A/D转换器信号输入端连接，A/D转换器的信号输出端与CPU处理器的第四信号输入端a4连接，CPU处理器的第五信号输入端a5与多选开关的多选开关控制端连接，由CPU处理器的第五信号输入端a5控制多选开关的转换。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161123 |