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原文传递面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法

专利名称：	面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法
摘要：	面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法，首先对传感器采集的本底噪声信号进行处理设置探测触发阈值，对已知尺寸磨粒的原始信号进行降噪和滤波处理，将各采样点幅值与触发阈值比较并输出高电平或低电平获得磨粒数量和磨粒信号在原始信号中的位置；其次，对磨粒尺寸进行梯度分级，收集已知尺寸等级磨粒的原始信号并做降噪、滤波、计数、截取等处理得到大量样本磨粒信号，再对这些样本提取特征形成尺寸‑特征库，然后将未知尺寸磨粒信号的特征向量映射到特征空间中，匹配到尺寸‑特征库中与其欧氏距离最近的点，并将其划分至最近点所属的尺寸等级；本发明能够在传感器监测范围内准确地识别出磨粒的数量和尺寸等级。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安交通大学
发明人：	武通海;韩宇
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-04T00:00:00+0800
申请号：	CN201910185035.X
公开号：	CN109839334A
代理机构：	西安智大知识产权代理事务所
代理人：	弋才富
分类号：	G01N15/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
主权项：	1.面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将无磨粒通过单线圈磁感应式磨粒探测传感器时采集的信号作为本底噪声信号，对本底噪声信号进行降噪和滤波处理，得到残余噪声信号，以残余噪声信号的幅值上限作为探测触发阈值；步骤二、将单个已知尺寸的磨粒通过该传感器时的信号作为原始信号，将经过与步骤一相同的降噪和滤波处理的原始信号中各采样点的幅值与触发阈值比较，低于触发阈值处输出低电平，否则输出高电平，从而单独形成方波信号，高电平的部分记录了磨粒信号所在位置，方波的个数代表磨粒的个数；步骤三、再次对步骤二中未处理前的原始信号进行降噪处理，得到降噪信号；根据方波信号记录的磨粒信号的位置，从降噪信号的对应位置将磨粒信号截取出来；步骤四、对磨粒尺寸进行梯度分级，在每个尺寸等级下以大量已知近似尺寸的磨粒单独进行实验，收集原始信号并做降噪、滤波、计数、截取处理，以此得到的每个磨粒信号都作为样本信号，对样本信号提取若干特征，组成一个特征向量，映射到多维特征空间中则成为一个点，所有这些点组成的集合为磨粒信号的尺寸-特征库；步骤五、监测油液中未知尺寸的单个或多个磨粒时，参照图5，根据所述步骤一至四首先对原始磨粒信号进行降噪、滤波、定位和计数，再将原始信号所包含的每一个去噪磨粒信号截取出来，分别进行函数拟合和特征提取，并分别形成相应个数的特征向量，这些向量映射到所述步骤四的同一个特征空间则成为该空间内的点。步骤六、将未知尺寸磨粒信号对应的特征向量依次映射到多维特征空间中成为该空间内的点，在一定空间范围内计算其与同范围内尺寸-特征库中点的欧氏距离，直到找到尺寸-特征库中与其最近的点，并将其划分至最近点所属的尺寸等级，完成未知磨粒的尺寸识别。 2.根据权利要求1所述的一种面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法，其特征在于，所述步骤一至五中的降噪方法均为奇异值分解法；所述步骤一、二、四和五中的滤波方法均为 Savitsky-Golay滤波。 3.根据权利要求1所述的一种面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法，其特征在于，所述的步骤一，具体步骤如下： S1，利用奇异值分解法分别进行降噪处理，得到残余噪声信号，设一段信号长度为a，其奇异值分解步骤为： 1)令M和N取整数，建立M×N维的零矩阵O，从第一个元素位置开始，按行依次填充信号数据，直至填完所有信号数据； 2)按照公式(1)对矩阵O进行奇异值分解，其中U、V分别为左、右奇异矩阵，Σ为对角矩阵；由于此对角矩阵中对角线上的值衰减非常快，因此仅取第一个奇异值重构信号即可；重构信号R，即降噪信号的算法如公式(2)所示；公式(1)：公式(2)： S2，对残余噪声信号进行S-G滤波，得到滤波后的残余噪声信号； S3，多次录制本底噪声并重复以上两步，统计经过S-G滤波后的残余噪声信号的幅值上限，作为探测触发阈值。 4.根据权利要求1所述的一种面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法，其特征在于，所述的步骤二，具体步骤如下： S1，输入经过SVD降噪和S-G滤波的、长度为a的信号，设置当前采样点的序号i＝1，当前信号集合的序号j＝1； S2，从第i个采样点开始，依次判断该点处信号幅值是否高于触发阈值，是则输出高电平，否则输出低电平； S3，判断至第n个点，输出为高电平时，将该点的序号in加入当前信号集合Ij中，令Ij＝{i1,i2,…,in}；输出为低电平时，先判断在第n-1个点处输出是否为高电平，若是则停止向Ij中添加对象并保存Ij，同时创建Ij+1使之成为当前集合，令i＝1，回到步骤S2；若否则进行步骤S4； S4，完成S3步骤后，判断当前采样点序号i是否大于等于信号长度a，是则进行步骤S5，否则令i＝i+1，回到步骤S2； S5，当i≥a时，判断当前信号集合是否为空集，若是则输出波形数量为0；若否则输出波形数量为当前信号集合的序号j。 5.根据权利要求1所述的一种面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法，其特征在于，所述的步骤三，具体步骤如下： S1，读入步骤二中保存的所有非空集合I1～In，集合的总个数为n，令循环次数k的初始值为1； S2，建立两个新的集合，其中Firstpt为I1～In的所有集合中第一个元素的集合；Lastpt为I1～In的所有集合中最后一个元素的集合； S3，在仅经过SVD降噪的信号中截取自Firstpt(k)点处开始、至Lastpt(k)点处结束的部分，并作为截取出的一个磨粒信号Ck保存； S4，完成S3所述步骤后，令k＝k+1，并判断此时的k是否大于非空集合总数n，是则结束本部分流程，否则返回至步骤S3。 6.根据权利要求1所述的一种面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法，其特征在于，所述的步骤四，具体步骤如下： S1，确定磨粒尺寸等级划分规则，对每个等级的磨粒进行大量实验取得原始信号，经过前述的定位、截取方法得到大量已知尺寸磨粒的去噪磨粒信号C1，C2，…，Ck； S2，由于磨粒信号的采样点电压幅值波形是离散的，为方便提取特征，对S1所述去噪磨粒信号C1，C2，…，Ck分别进行基于最小二乘法的高阶多项式拟合，将离散点的波形转换为连续波形F1，F2，…，Fk；拟合函数由公式(3)计算，其中x为采样点数，λ为多项式阶数，b1,b2,…bλ为常数：公式(3)：Fk＝b1xλ+b2xλ-1+…+b1x+bλ S3，对S2所述的连续波形F1，F2，…，Fk进行提取特征，包括但不限于波形峰值、波形宽度、上升时间、下降时间等，并分别组成k个特征向量，这些向量映射到特征空间则成为该空间内的点；具体步骤如下： 1)波形峰值Vp通过比较两两相邻的采样点所对应的电压值大小求出，直到比较完波形中所有的点为止； 2)波形宽度tw由公式(4)求得，其中为波形上升到0.5倍峰值所需的时间，为波形下降到0.5倍峰值所需的时间：公式(4)： 3)上升时间tr由公式(5)求得，其中为波形上升到0.1倍峰值所需的时间，为波形上升到0.9倍峰值所需的时间：公式(5)： 4)下降时间tf由公式(6)求得，其中为波形下降到0.9倍峰值所需的时间，为波形下降到0.1倍峰值所需的时间：公式(6)： S4，按照预先划分的尺寸等级，将S3计算所得的特征向量按照尺寸等级进行标记，保证每一尺寸等级都包含足够大量的样本特征向量，完成尺寸-特征库的建立。 7.根据权利要求1所述的一种面向单线圈磁感应式磨粒探测传感器的信号识别方法，其特征在于，所述的步骤六，具体步骤如下： S1，设所述步骤五中一个未知尺寸去噪磨粒信号的特征向量，映射至特征空间为点D0＝{d1,d2,…dm}；以点D0为中心，在特征空间中的查找范围半径为r，设r的初始值为r0； S2，在半径为r的查找范围内，判断该范围是否包含除D0以外的其他点，若是则计算D0与其他点之间的欧氏距离，找到与D0最近的点D，将D0归入D所述的类并输出归类信息；若否则令r＝r0+pr0，p为常数，扩大查找范围，重新开始本步骤S2； S3，按照上述步骤S1和S2处理所述步骤五中所有未知尺寸去噪磨粒信号的特征向量，完成未知磨粒的尺寸识别。
所属类别：	发明专利