核电站松动件定位分析与质量估计系统及其LabVIEW实现

发布时间：2020-11-15 18:27

　　 核电作为一种技术成熟的清洁能源，在我国有着广阔的发展前景。核电与煤电，风电等相比虽然具有诸多的优点，但其存在的安全隐患也是非常巨大的。核电厂的轻水反应堆冷却剂系统中的零部件数以千计，考虑到水流的影响，很难保证所有零部件都不松动或脱落。然而，核电站内松脱零部件的出现就意味着核电站安全性能的降低。因此，为了对核电站一回路内可能存在的松动部件进行监测和诊断，在核电站一回路内必须安装松动部件监测系统。松动部件监测系统(Loose Parts Monitoring System，LPMS)作为核电站的重要系统之一，可以为核反应堆安全、稳定、经济运行提供重要保障。 目前，国外核电站松动部件监测系统的开发具有很强的生命力，呈现出很好的应用前景。我国对于核电站松动部件监测系统的研究起步较晚，技术也不够纯熟。因此，积极研发这种能够保障核电站运行安全性和可靠性的松动件故障诊断技术，并在诊断的智能化上有进一步的发展和提高具有非常重要的意义。本文结合国家科技重大专项“核电站松动件监测系统样机研究(KYZ193612003)”和“浙江省公益技术社会发展项目（2012C23017）”，对核电站松动件定位、质量估计等关键技术进行了深入研究，提出了基于CWT的Hilbert包络线到达时差估算方法和小波能量谱质量估计法，并通过LabVIEW进行了系统实现。 论文的实验数据采集部分，分别阐述了平板冲击实验和锅炉背景噪声采集实验的实验平台搭建过程。包括：实验目的、实验内容、实验设备、实验步骤等。该部分完成了实验数据的采集，并对锅炉背景噪声数据进行分析，为后序的定位理论算法和质量估计理论算法的验证提供了必要的数据。 论文结合时-频域信号处理方法，提出了一种基于CWT的Hilbert包络线到达时差估算方法。该方法先通过对信号进行连续小波变换(Continuous Wavelet Transform，CWT)得到信号主频带内的信号，然后再求主频带内信号的希尔伯特包络线，取包络线的首个峰值所对应的时刻作为信号的到达时间，然后结合网格定位法进行松动件定位。论文中通过仿真实验对该方法进行了分析，根据实验结果表明，该方法具有较高的定位精度，且抗噪声干扰能力较强。 论文中对现有质量估计方法的原理和特点进行了分析，并针对其存在的缺点提出一种基于小波能量谱的质量估计方法。该方法首先采用小波能量谱的计算方法对不同质量冲击信号小波能量谱的峰值进行计算，根据不同质量对应的小波能量谱峰值用线性插值法建立碰撞质量与尺度峰值的函数，并用质量尺度峰值函数实现质量估计。实验结果表明，该方法质量估计误差较小，且抗干扰能力强。 论文中基于LabVIEW分别编程实现了基于CWT的累积法、基于CWT的均方根法、基于CWT的Hilbert包络线法这三种到达时间差估算方法和网格定位法中的查表定位程序，将这两个模块组合成为松动件定位分析系统。并通过仿真实验对系统进行了调试和验证，根据实验结果对各种到达时差估算方法的优缺点进行了分析比较。最后，用LabVIEW开发了LPMS原理样机主要软件，实现了松动件的在线监测、松动件定位、质量估计等功能。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：TM623
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外 LPMS 概况
    1.3 国内外松动件定位方法研究
        1.3.1 到达时差定位法
        1.3.2 交叉圆定位法
        1.3.3 扫描定位法
    1.4 国内外质量估计方法研究
        1.4.1 基于 Hertz 碰撞理论的质量估计方法
        1.4.2 频率比质量估计法
        1.4.3 基于支持向量机的质量估计法
        1.4.4 基于模式识别技术的质量估计法
        1.4.5 基于小波包分解的质量估计法
    1.5 论文的研究背景和内容
        1.5.1 研究背景
        1.5.2 论文主要研究内容
    1.6 本章小结
2 松动件冲击信号数据采集实验
    2.1 引言
    2.2 实验目的
    2.3 实验平台
        2.3.1 压电式加速度传感器
        2.3.2 多通道电荷放大器（6 通道）
        2.3.3 数据采集卡
    2.4 实验内容
    2.5 实验步骤
        2.5.1 网格划分
        2.5.2 软件操作流程
        2.5.3 冲击信号获取试验步骤
        2.5.4 平板冲击信号采集实验步骤
        2.5.5 锅炉背景噪声采集实验步骤
    2.6 实验结果分析
    2.7 本章小结
3 基于 CWT 和希尔伯特变换的到达时差定位算法
    3.1 引言
    3.2 连续小波变换
        3.2.1 小波变换
        3.2.2 连续小波变换
    3.3 希尔伯特（Hilbert）包络线
    3.4 实验与结果分析
        3.4.1 实验平台与定位实现步骤
        3.4.2 无噪声试验结果和分析
        3.4.3 锅炉背景噪声实验结果和分析
    3.5 实验结论
    3.6 本章小结
4 小波能量谱质量估计法
    4.1 引言
    4.2 现有质量估计方法
        4.2.1 基于 Hertz 理论的质量估计方法
        4.2.2 基于傅里叶谱的质量估计法
    4.3 小波能量谱质量估计方法
    4.4 实验与数据分析
        4.4.1 无噪声冲击试验分析
        4.4.2 背景噪声下冲击试验分析
        4.4.3 实验结论
    4.5 本章小结
5 基于 LABVIEW 的松动件定位算法实现
    5.1 引言
    5.2 基于 LabVIEW 的定位算法实现
        5.2.1 LabVIEW 简介
        5.2.2 网格定位法的实现步骤
        5.2.3 到达时间差算法程序设计
        5.2.4 查表法定位程序
    5.3 实验结果及分析
        5.3.1 无噪声情况下定位结果
        5.3.2 噪声情况下定位结果
    5.4 本章小结
6 基于 LABVIEW 的松动部件监测系统实现
    6.1 引言
    6.2 系统软件结构
        6.2.1 系统开发软件
        6.2.2 软件主要功能
        6.2.3 软件结构
    6.3 软件用户界面设计
        6.3.1 主界面
        6.3.2 参数设置界面
        6.3.3 数据维护界面
        6.3.4 数据分析界面
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
学期间取得的科研成果

【参考文献】

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本文编号：2885066