CN106485070A - 一种自适应阈值调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自适应阈值调整方法，通过计算设备的固有的振动能量以及底噪，动态确定阈值，从而能够自适应设备的变化，判断振动能量区间均值是否大于两倍的动态阈值比较，首次前者大于后者的时刻，首次前者小于等于后者的时刻，两时刻的差值作为异常振动持续时间，通过检测异常振动持续时间是否小于设定值T，剔除设备状态改变导致的振动误报。本发明的方法通过学习的方式进行自适应的振动检测，有效提高振动检测的准确性、有效的剔除***状态改变导致的误判。

Description

一种自适应阈值调整方法

技术领域

本发明涉及振动检测领域，具体涉及一种自适应阈值调整方法。

背景技术

目前很多设备都要求具备振动检测功能，用于判定是否有外力作用于设备上。现有的振动检测采用的是基于固定阈值的方式检测，即当振动的幅值或能量超过设定的阈值时，检测出该振动。然而，当设备的固有振动幅值因某些原因发生，如地基松动，电机老化，模式变化，而发生改变时，传统的固定阈值的方式并不能很好的适应这种变化：阈值过低，导致设备频繁误报振动；阈值过高，导致对振动不够敏感，漏报振动。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提出一种自适应阈值调整方法，通过计算设备的固有的振动能量以及底噪，动态确定阈值，从而能够自适应设备的变化，并通过检测异常振动持续时间，剔除设备状态改变导致的振动误报。

为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种自适应阈值调整方法，包括如下步骤：

步骤S10，根据加速度传感器的当前加速度值，求出当前振动能量；

步骤S20，振动能量数据流进入低通滤波器得到当前的振动能量均值；振动能量数据流还进入移位寄存器集，对移位寄存器集的存储区间所存振动能量数据取均值，再减去调整后的振动能量均值，得到振动能量区间均值；

步骤S30，振动能量区间均值通过滑动平均法，计算出振动能量的动态阈值；

步骤S40，设定标记位flag表示振动持续状态，初始的标记位flag为0；判断振动能量区间均值是否大于两倍的动态阈值，且标记位flag是否为0，是则标记位flag设为1，并记录当前时刻t1作为振动开始时间，并再次回到步骤S10更新振动能量区间均值和动态阈值；反之当振动能量区间均值小于等于两倍的动态阈值，则将标记位设为0，并记录当前时间t2作为振动结束时间；

步骤S50,判断振动开始与结束的时间间隔是否小于预设值，是则判定当前振动为真实的外部振动；否则判定当前振动为偶发性振动，并返回步骤S10。

进一步，所述振动能量的表达式为：P[n]＝a[n]²

其中n为采集数据的离散时间点，P[n]为当前第n次检测到的振动能量，a[n]为当前加速度值。

进一步，所述当前能量均值E_avg[n]的表达式如下：

E_avg[n]＝∑_ia_iP[n-i]+b_iE_avg[n-i-1]

其中a_i,b_i为低通滤波器的系数，i为当前方法流程的循环次数。

进一步，所述振动能量区间均值P_avg的表达式为：

其中L为移位寄存器集的长度。

进一步，步骤S20是以时间间隔τ对移位寄存器集进行操作，所述τ为存储L/2长度数据所需要的时间。

进一步，还包括步骤S51,设定一个振动计数器，当振动判定为真实的外部振动，则振动计数器加1。

本发明的一种自适应阈值调整方法，通过学习的方式进行自适应的振动检测，有效提高振动检测的准确性。同时通过判断振动持续时间的方式，有效的剔除***状态改变导致的误判。本发明的振动检测以及自适应振动检测的框架可以应用于一起跟振动检测相关的场景上，有较好的通用性。

附图说明

图1为本发明的一种自适应阈值调整方法的步骤图。

图2为本发明的一种自适应阈值调整方法的自适应振动检测流程图。

图3为真实的外部振动的振动图谱。

图4为存在偶发型振动时的振动图谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。

对任何物体而言，其瞬时加速度值a[t]，其中t为某个瞬时时间点。

当***通过3D加速度传感器，以一定的采样频率对设备持续的采集捕捉其加速度值时，就能得到的离散序列的加速度值a[n]，其中n为采集数据的离散时间点。在正常状态下，设备以固有的振动频率a_s[n]进行工作。当额外振动产生时，改振动将会对设备产生一个附加的额外叠加的加速度a_Δ[n]。此时的检测振动值为：

a[n]＝a_s[n]+a_Δ[n]

本方法是通过分析其固有设备底噪，振动强度，振动变化趋势等参数，从而检测可能出现的额外附加振动，如开关门动作给设备带来的振动。

参看图1和图2，作为具体实施，本发明的一种自适应阈值调整方法的步骤流程图，所述方法包括如下步骤：

步骤S10，根据加速度传感器的当前加速度值，求出当前振动能量

P[n]＝a[n]²

步骤S20，振动能量数据流进入低通滤波器得到当前的振动能量均值E_avg，其具体表达式为E_avg[n]＝Σ_ia_iP[n-i]+b_iE_avg[n-i-1]；同时振动能量数据流还进入移位寄存器集，所述移位寄存器的长度为L，并时间间隔τ对移位寄存器集操作，τ一般为存储L/2长度数据所需要的时间，通过对移位寄存器集的存储区间所存振动能量数据取均值，再减去调整后的振动能量均值，得到振动能量区间均值P_avg，其表达式如下；

步骤S30，振动能量区间均值通过滑动平均法，计算出振动能量的动态阈值P_th[n]＝αP_avg+(1-α)P_th[n-1]，其中α为滑动滤波的系数，一般可以取值范围为(0，0.1]内；

步骤S40，设定标记位flag表示振动持续状态，初始的标记位flag为0；判断振动能量区间均值是否大于两倍的动态阈值，即P_avg＞2·P_th[n]，且标记位flag是否为0，是则标记位flag设为1，并记录当前时刻t1作为振动开始时间，至此该次阈值更新后的判断回路完成，等待下次动态阈值的更新，再次回到步骤S10更新振动能量区间均值和动态阈值；当下次动态阈值更新时，若更新后的振动能量区间均值仍然大于两倍的阈值，认为加速度传感器仍然处于振动以及振动带来的余波当中，不进行任何操作；当振动能量区间均值小于等于两倍的动态阈值，则将标记位设为0，并记录当前时间t2作为振动结束时间；

步骤S50,判断振动开始与结束的时间间隔是否小于预设值T，即t₂-t₁＜T，是则判定当前振动为额外振动，振动次数加1；否则判定当前振动为偶发性振动，即该次振动的持续时间过长，可能由于设备本身状态改变导致的振动，并返回步骤S10。

参看图3和图4，分别为真实的外部振动和偶发振动的振动图谱，竖直虚线标记处为T。可以看出，***振动带来振动持续时间通常较长，通过判断T的持续时间大小，可以有效区别是否为真实的外部振动。

上述实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种自适应阈值调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S10，根据加速度传感器的当前加速度值，求出当前振动能量；

步骤S20，振动能量数据流进入低通滤波器得到当前的振动能量均值；振动能量数据流还进入移位寄存器集，对移位寄存器集的存储区间所存振动能量数据取均值，再减去调整后的振动能量均值，得到振动能量区间均值；

步骤S30，振动能量区间均值通过滑动平均法，计算出振动能量的动态阈值；

步骤S40，设定标记位flag表示振动持续状态，初始的标记位flag为0；判断振动能量区间均值是否大于两倍的动态阈值，且标记位flag是否为0，是则标记位flag设为1，并记录当前时刻t1作为振动开始时间，并再次回到步骤S10更新振动能量区间均值和动态阈值；反之当振动能量区间均值小于等于两倍的动态阈值，则将标记位设为0，并记录当前时间t2作为振动结束时间；

步骤S50,判断振动开始与结束的时间间隔是否小于预设值，是则判定当前振动为真实的外部振动；否则判定当前振动为偶发性振动，并返回步骤S10。

2.根据权利要求1所述的自适应阈值调整方法，其特征在于，所述振动能量的表达式为：

P[n]＝a[n]²

其中P[n]为当前第n次检测到的振动能量，a[n]为当前加速度值。

3.根据权利要求2所述的自适应阈值调整方法，其特征在于，所述当前能量均值E_avg[n]的表达式如下：

E_avg[n]＝∑_ia_iP[n-i]+b_iE_avg[n-i-1]

其中a_i,b_i为低通滤波器的系数，i为当前方法流程的循环次数。

4.根据权利要求3所述的自适应阈值调整方法，其特征在于，所述振动能量区间均值P_avg的表达式为：

$P_{avg}=\underset{i=0}{\overset{L-I}{\Σ}}P\[n-i\]-E_{avg}\[n\]/2$

其中L为移位寄存器集的长度。

5.根据权利要求4所述的自适应阈值调整方法，其特征在于，步骤S20是以时间间隔τ对移位寄存器集进行操作，所述τ为存储L/2长度数据所需要的时间。

6.根据权利要求1或4所述的自适应阈值调整方法，其特征在于，还包括步骤S51,设定一个振动计数器，当振动判定为真实的外部振动，则振动计数器加1。