本发明涉及一种诊断装置及其诊断方法，尤其涉及一种阀门工况诊断装置及其诊断方法。
背景技术：
阀门工况检测已经广泛应用于农田灌溉、水利工程、市政工程、水处理等众多领域，目前常见的阀门状态检测手段有压降法、热红外法等。压降法对于快速突发性的大泄漏具有很好的检测效果，但对于阀门运行的其他状态检测效果并不理想。热红外法由于受环境温度影响比较大，故只适用于流体温度与环境温度有显著差异的场合。如何精准监测阀门运行过程中的各类问题，提高检测手段的环境适应能力，以减少工业生产实践中的损失，已经成为亟待解决的问题。
技术实现要素：
发明目的：本发明的第一目的是提供一种能够检测阀门各种工况、检测精准的基于振动效应的阀门工况诊断装置；
本发明的第二目的是提供一种基于光学检测系统的阀门工况诊断方法。
技术方案：本发明的阀门工况诊断装置，包括阀门，与阀门连接用于采集振动信息的检测系统，与所述检测系统连接的数据采集分析系统；所述数据采集分析系统通过分析检测系统采集的阀门待诊断的振动信息来获得阀门工况。
优选地，所述数据采集分析系统依据检测系统采集的阀门在模拟工况下的振动信息，建立所述振动信息与阀门工况相对应的数据库，并通过调用数据库分析所述检测系统采集的阀门待诊断的振动信息来获得阀门工况。
优选地，所述检测系统为光学检测系统。光学检测系统将阀门运行中产生的振动效应转化为光学中光弹效应问题，大幅度提高了测量装置的抗干扰能力和复杂环境适应性。
更优选地，所述光学检测系统包括光弹材料，所述光弹材料与阀门相连接受阀门振动信息的调制；所述光源发出的输入光信号经所述起偏器、光弹材料、检偏器将光信号传至所述光电检测器件，由所述光电检测器件向数据采集分析系统传输阀门振动信息。
优选地，所述检测系统为陀螺仪。利用陀螺仪将阀门产生的振动信息转化成了芯片三个方向的角度和加速度变化信息，增强了阀门工作状态诊断结果的灵敏度。
优选地，所述数据采集分析系统包括单片机，所述单片机接收检测系统传输的模拟工况信息建立数据库，并将采集的阀门待诊断的振动信息与所述数据库比对后，利用数据无线传输模块将对应的阀门工况信息发送到远端计算机。
优选地，还包括与所述阀门连接用于放大阀门产生的振动信息的振动放大器。
优选地，还包括分别与所述阀门和数据采集分析系统连接的声音检测系统；所述声音检测系统包括监测阀门产生声音信号的麦克风阵列，与麦克风阵列连接的声音处理模块；所述数据采集分析系统接收所述声音处理模块传递的信息，同时将声音信息与检测系统传递的信息共同和参考数据库比对分析，增强了诊断结果的可靠性。
本发明公开了利用上述装置进行诊断的方法，包括如下步骤：
(s1)检测前，首先模拟阀门的不同工况，检测系统采集阀门在不同工况下的振动信息并传递给数据采集分析系统，所述数据采集分析系统建立振动信息与阀门工况信息相对应的数据库；
(s2)检测时，检测系统采集阀门在实时工况下的振动信息，传送至数据采集分析系统，数据采集分析系统将所述振动信息与数据库相比对，得到与所述振动信息相对应的阀门工况信息。
优选地，步骤(s1)中，所述检测系统为光学检测系统，光学检测系统采集阀门在不同工况下的振动信息，经转化得到相对应的相位变化信息，并建立相位变化信息与阀门工况信息相对应的数据库；
步骤(s2)中，光学检测系统采集阀门在实时工况下的振动信息，并将振动信息转换后的相位数据传送至数据采集分析系统，数据采集分析系统将所述相位数据与数据库比对，得到阀门的实时工况信息。
更优选地，步骤(s1)中：检测前，首先模拟阀门的不同工况，光源将光信号经起偏器传递给光弹材料，光弹材料的折射率因阀门振动产生变化，入射光信号由此发生双折射产生光程差，并经检偏器向光电检测器件传递，光电检测器件获取相位变化信息，建立相位变化信息与阀门工况信息相对应的数据库；
步骤(s2)中，光电检测器件因阀门振动产生光信号强度变化的数据，并将数据传送至数据采集分析系统，数据采集分析系统通过调用数据库分析阀门工况，实现阀门工况的远程实时监测。
更优选地，步骤(s1)中光信号相位变化的计算方法为：设已知光弹材料厚度为d，已知光弹材料折射率为n0，则
δ＝(n1-n0)d
n1-n0＝kf
δ＝(n1-n0)d＝kfd
通过以上公式计算阀门振动引起的光信号相位变化：
式中：
优选地，上述装置进行诊断的方法，步骤(s1)中，所述检测系统为陀螺仪，陀螺仪检测阀门(101)在不同工况下的三轴角度和加速度信息，并建立三轴角度和加速度信息与阀门工况信息相对应的数据库；
步骤(s2)中，陀螺仪采集阀门在实时工况下的振动信号，传送至数据采集分析系统，数据采集分析系统将接收的数据与数据库比对，得到阀门的实时工况信息。
有益效果：本发明与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)通过检测系统采集的待诊断振动信息与已建立的数据库相比对，能够诊断阀门的各种工况，且检测更精准，更直观便捷。(2)光学检测系统安装于阀门外部，安装时无需打孔；设备检修时无需拆卸，与现存的阀门工况检测手段相比，避免了阀门管道硬件损伤的问题。(3)可通过加装的声音检测系统对诊断结果进行校准，进一步提高阀门工况诊断装置的精准性。(4)在需要铺设管网进行生产实践的工业生产中，阀门工况诊断装置能够及时监测到阀门异常状态，避免工程上的损失，对提高生产效率和节能减排具有重大意义。(5)诊断方法操作更加便捷，并且检测系统获取的阀门运行状态数据可靠，同时提高了阀门工况的监测频率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是数据采集分析系统的连接结构示意图；
图3是声学检测系统的连接结构示意图；
图4是光学检测系统的连接结构示意图；
图5是陀螺仪的连接结构示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。
如图1～5所示，其中，1、振动放大器，2、光源，3、起偏器，4、光弹材料，5、检偏器，6、光电检测器件，7、麦克风阵列，8、声音处理模块，9、单片机，10、数据无线传输模块，11、远端计算机，101、阀门，102、检测系统，103、数据采集分析系统，104、声音检测系统。本发明的阀门工况诊断装置，包括阀门101、与阀门101连接的检测系统102，检测系统102与数据采集分析系统103连接。本实施例的数据采集分析系统103依据检测系统102采集的阀门101在模拟工况下的振动信息，建立该振动信息与模拟的阀门工况相对应的数据库，并通过调用数据库分析检测系统102采集的阀门101待诊断的振动信息来获得阀门工况。本实施例还安装有振动放大器1和声音检测系统104。振动放大器1由弹簧和金属球构成，分别连接阀门101和检测系统，使阀门101产生的振动信息经放大后向检测系统传递。声音检测系统104包括与阀门101连接的麦克风阵列7，与麦克风阵列7连接的声音处理模块8。麦克风阵列7实时监测阀门产生的声音信号，声音处理模块8对声音信号进行切割、混频、去噪、特征参数提取后传输到数据采集分析系统103，检测系统102和声音检测系统104的配合使用进一步增强了阀门工况诊断装置的精准度和可靠性。
数据采集分析系统103包括依次连接的单片机9、数据无线传输模块10和远端计算机11。单片机9与检测系统102连接，用于接收与处理检测系统102和声音检测系统104传输的数据，数据无线传输模块10用于将单片机9的反馈信息传至远端计算机11。本实施例的单片机9接收检测系统102传输的模拟工况信息建立数据库，并将采集的阀门待诊断的振动信息与所述数据库比对后，利用数据无线传输模块将对应的阀门工况信息发送到远端计算机。此外，本实施例还包括本领域实现检测系统数据收集与处理的常规技术手段。
本实施例的检测系统102可以为光学检测系统，如图4所示，光学检测系统包括通过单模光纤依次连接的光源2、起偏器3、光弹材料4、检偏器5、光电检测器件6。光源2采用1550nm的ase平坦化光源，降低光信号在传输过程中的损耗。起偏器3和检偏器5采用在线光纤起偏器，可与单模光纤配合使用，具有低插入损耗和高稳定性。光弹材料4直接与振动放大器1相触，使光源2发出的输入光信号沿光纤经起偏器在此受到阀门101振动信息调制，再经检偏器5将光信号传至光电检测器件6，由光电检测器件6向数据采集分析系统103传输阀门振动信息。
整个装置使用前需要进行实地标定，标定过程需以相位分析仪作为光电检测器件6，依据阀门在不同工况下所得的相位图为数据采集分析系统103制订相应的阀门工况光学提供参考数据，建立待诊断阀门在模拟工况下的振动信息与该模拟工况一一对应的数据库。同时为了进一步提高检测的精度，对阀门振动产生的声音信号进行采集加工，为数据采集分析系统103制订相应的阀门工况声学提供参考数据。使用过程中，可以使用小型光功率计作为光电检测器件，将检测结果向数据采集分析系统103传送，以提高阀门工况诊断装置的经济适用性。
利用上述诊断装置的诊断方法，包括以下步骤：
(s1)使用前模拟阀门不同的工况，为数据采集分析系统103提供一组可靠的阀门工作参考信息：将光源2打开，阀门101的振动信息经振动放大器1转变为应力f，应力作用下，光弹材料4发生光弹效应，此时材料折射率变为n1，输入光信号经过时会产生光程差δ，以相位分析仪作为光电检测器件6，得到阀门101不同工况下的相位分布图，对阀门101在不同工况下引起的输入光信号相位变化
(s2)使用时以光功率计作为光电检测器件6，检测阀门101振动导致光弹效应造成的光信号强度变化；并以声音检测系统104作为辅助监测手段记录阀门振动信息；
(s3)在阀门工况监测过程中，将光功率计数据和声音检测数据传送至数据采集分析系统103，数据采集分析系统103通过调用数据库分析阀门工况，实现阀门工况的远程实时监测。
检测系统102还可以是陀螺仪，具体可以是mpu6050陀螺仪，如图5所示，mpu6050陀螺仪与阀门及数据采集分析系统103连接，mpu6050陀螺仪接收到阀门工况信息后向数据采集分析系统103传递。
以陀螺仪为检测系统的诊断方法，包括如下步骤：
(s1)使用前，对阀门不同工作状态进行模拟，收集陀螺仪在阀门不同工作情景下的三轴角度和加速度信息；并建立三轴角度和加速度信息与阀门工况信息相对应的数据库；
(s2)在实际测量过程中，同时启用麦克风阵列7，记录阀门101不同工作情景中振动发出的声音，并通过声音处理模块8，加强声音特征信号，并将其传递给数据采集分析系统103作为声音参考信息；单片机接收陀螺仪传送的阀门振动信息，并将接收的数据与数据库比对，同时以声音检测系统作为辅助监测手段记录阀门振动信息，得到阀门的实时工况信息，实现阀门工况的远程实时检测。
1.一种阀门工况诊断装置，其特征在于，包括阀门(101)，与阀门(101)连接用于采集振动信息的检测系统(102)，与所述检测系统(102)连接的数据采集分析系统(103)；所述数据采集分析系统(103)分析所述检测系统(102)采集的阀门(101)待诊断的振动信息来获得阀门工况。
2.根据权利要求1所述的阀门工况诊断装置，其特征在于，所述检测系统(102)为光学检测系统。
3.根据权利要求2所述的阀门工况诊断装置，其特征在于，所述光学检测系统包括与阀门(101)相连接受阀门(101)振动信息调制的光弹材料(4)，光源(2)发出输入光信号经起偏器(3)、光弹材料(4)、检偏器(5)将光信号传至光电检测器件(6)，所述光电检测器件(6)向数据采集分析系统(103)传输阀门振动信息。
4.根据权利要求1所述的阀门工况诊断装置，其特征在于，所述检测系统(102)为陀螺仪。
5.根据权利要求1所述的阀门工况诊断装置，其特征在于，所述数据采集分析系统(103)包括单片机(9)，所述单片机(9)接收检测系统(102)传输的模拟工况信息建立数据库，并将采集的阀门待诊断的振动信息与所述数据库比对后，利用数据无线传输模块(10)将对应的阀门工况信息发送到远端计算机(11)。
6.根据权利要求1所述的阀门工况诊断装置，其特征在于，还包括与阀门(101)连接用于放大阀门产生的振动信息的振动放大器(1)。
7.根据权利要求1所述的阀门工况诊断装置，其特征在于，还包括分别与阀门(101)和数据采集分析系统(103)连接的声音检测系统(104)；所述声音检测系统(104)包括监测阀门产生声音信号的麦克风阵列(7)，与麦克风阵列(7)连接的声音处理模块(8)；所述数据采集分析系统(103)接收所述声音处理模块(8)传递的信息。
8.一种利用权利要求1所述阀门工况诊断装置的诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：
(s1)检测前，首先模拟阀门(101)的不同工况，检测系统(102)采集阀门(101)在不同工况下的振动信息并传递给数据采集分析系统(103)，所述数据采集分析系统(103)建立振动信息与阀门工况信息相对应的数据库；
(s2)检测时，检测系统(102)采集阀门(101)在实时工况下的振动信息，传送至数据采集分析系统(103)，数据采集分析系统(103)将所述振动信息与数据库相比对，得到与所述振动信息相对应的阀门工况信息。
9.根据权利要求8所述阀门工况诊断装置的诊断方法，其特征在于，步骤(s1)中，所述检测系统为光学检测系统，光学检测系统采集阀门(101)在不同工况下的振动信息，经转化得到相对应的相位变化信息，并建立相位变化信息与阀门工况信息相对应的数据库。
10.根据权利要求8所述阀门工况诊断装置的诊断方法，其特征在于，步骤(s1)中，所述检测系统为陀螺仪，陀螺仪检测阀门(101)在不同工况下的三轴角度和加速度信息，并建立三轴角度和加速度信息与阀门工况信息相对应的数据库。
技术总结