一种压力传感器运行量程自适应标定管理方法与流程

本发明涉及压力传感器管理，具体的，涉及一种压力传感器运行量程自适应标定管理方法。

背景技术：

1、随着工业物联网技术的快速发展，压力传感器在工业系统领域实现了大规模部署。一台数据采集网关通常接入数十乃至上百台压力传感器，传感器的安装位置、所处管段类型、正常工作压力区间各不相同。以工业给水系统为例，主干管网传感器正常工作压力通常在0.3～1.5 mpa区间，而末端支管传感器正常工作压力通常在0.05～0.3 mpa区间，两者差异达数倍。在大规模平台运营过程中，设备元数据中位置标注频繁缺失或错误，传感器安装位置与实际记录不符的情况普遍存在。

2、现有压力传感器标定与管理方法存在以下尚未解决的技术问题：

3、第一，固定阈值策略失效。现有平台普遍采用统一的固定压力阈值进行合规性判断和异常报警，忽视了不同建筑、不同管段、不同工况下传感器正常工作压力的个体差异，导致大量误报或漏报。例如，将适用于主干管网的报警阈值应用于末端支管传感器，会导致末端传感器频繁触发低压报警；

4、第二，传感器漂移无法自动检测。压力传感器长期运行中，受环境温度变化、敏感元件疲劳、电路老化等因素影响，不可避免地产生零点漂移和量程漂移。现有平台缺乏自动检测漂移并更新有效工作范围的机制，导致标定结果逐渐偏离实际工况；

5、第三，异常记录干扰标定结果。传感器在故障或离线状态下采集的无效记录，以及管道检修、设备启停等非正常运行状态下的极端值记录，若不经过有效过滤，易影响基于统计分析的标定结果的准确性；

6、第四，分布类型多样难以统一适配。不同安装位置的压力传感器呈现出不同的压力分布特征：稳压泵频繁启停的系统呈现双峰分布，无稳压泵的系统呈现单峰分布，而末端试水点则呈现低压力区间的窄分布。现有方法难以用统一框架自动适配这些异构分布特征。

7、鉴于此，本发明提出一种压力传感器运行量程自适应标定管理方法，用于优化压力传感器在工业给水系统中的管理。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种压力传感器运行量程自适应标定管理方法，解决以下技术问题：

2、如何优化压力传感器在工业给水系统中的管理。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种压力传感器运行量程自适应标定管理方法，包括：

5、数据采集模块，所述数据采集模块用于读取目标传感器在标定周期内的全部压力记录，同时排除设备处于故障或离线状态时采集的记录，并判断有效记录数量是否满足预设最低要求；

6、极端值去除模块，所述极端值去除模块基于四分位距对有效压力序列进行极端值过滤，得到清洁压力数据集；

7、数据分析模块，所述数据分析模块对清洁数据集构建等宽区间频率直方图，识别频率超过预设阈值的区间作为压力峰，记录压力峰数量；

8、判断模块，所述判断模块用于依据压力峰数量确定分布类型，并根据分布类型分别计算正常工作范围；

9、预警阈值计算模块，所述预警阈值计算模块用于在正常工作范围基础上向外扩展预设比例，计算预警下限与预警上限；

10、传感器位置推断模块，所述传感器位置推断模块用于依据正常工作范围上限自动推断传感器安装位置类别，并选取对应的合规判断阈值；

11、周期更新模块，所述周期更新模块用于以预设周期触发重新标定，比较新旧标定结果，当偏移超过预设漂移阈值时输出传感器量程漂移预警。

12、作为本发明的进一步技术方案：读取目标传感器在标定周期内的全部压力记录的过程包括：

13、读取目标传感器在标定周期t内的全部压力记录；

14、根据传感器附带的状态标志位，排除设备处于故障或离线状态时采集的记录；

15、统计过滤后的有效记录数，若小于预设最低数量要求，则自动将标定周期延长至2t或3t，直至有效记录数满足要求或达到最大延长期限。

16、作为本发明的进一步技术方案：基于四分位距去除极端值的过程包括：

17、对有效压力序列按升序排列，计算第一四分位数、第三四分位数和四分位距;

18、以{,}为保留边界，其中k为拓展系数将落在保留边界之外的数据点作为极端值予以剔除，得到清洁压力数据集。

19、作为本发明的进一步技术方案：构建等宽区间频率直方图的过程包括：

20、对清洁压力数据集，确定其最小值和最大值，将区间等宽划分为b个区间；

21、统计落入每个区间的数据点频数，构建频率直方图；

22、计算最大区间频率，将频率超过的区间识别为压力峰，其中为峰值识别阈值，记录识别出的压力峰数量。

23、作为本发明的进一步技术方案：确定分布类型，并根据分布类型分别计算正常工作范围的过程包括：

24、若=2，则判定分布类型为双峰分布，正常工作范围取第2百分位数至第98百分位数组成的区间[,]；

25、若=1，则判定分布类型为单峰分布，正常工作范围取均值与第2百分位数至第98百分位数组成的区间的交集，即为[,]。

26、作为本发明的进一步技术方案：计算预警下限与预警上限的过程包括：

27、对于正常工作范围[，]，设置拓展比例；

28、则预警下限为，预警上限为，当目标传感器的读数进入预警上限和下限之间，触发偏离预警，当目标传感器的读数超出预警上限，触发越限警告。

29、作为本发明的进一步技术方案：依据正常工作范围上限自动推断传感器安装位置类别，并选取对应的合规判断阈值的过程包括：

30、若持续低于预设的位置判别阈值，则该传感器重分类为末端支管传感器，并选取末端支管对应的合规判断阈值作为后续合规判断的基准；

31、否则保持原有位置类别分类，选取主干管网对应的合规判断阈值。

32、作为本发明的进一步技术方案：周期更新模块的工作过程包括：

33、以预设更新周期t触发重新标定，重复执行上述所有步骤，得到新的正常工作范围[，]；

34、计算正常工作范围下限的相对偏移量：

35、；

36、其中是重新标定前的正常工作范围下限；

37、若超过预设漂移阈值，则判定该传感器发生量程漂移，输出传感器量程漂移预警；

38、若未超过，则判定传感器标定状态正常，用新标定结果更新旧标定结果，作为下一周期的比较基准。

39、作为本发明的进一步技术方案：正常工作范围中是清洁压力数据集的均值，是清洁压力数据集的标准差。

40、本发明还提供了一种压力传感器运行量程自适应标定管理方法，包括如下步骤：

41、s1、读取目标传感器在标定周期内的全部压力记录，同时排除设备处于故障或离线状态时采集的记录，并判断有效记录数量是否满足预设最低要求；

42、s2、基于四分位距对有效压力序列进行极端值过滤，得到清洁压力数据集；

43、s3、对清洁数据集构建等宽区间频率直方图，识别频率超过预设阈值的区间作为压力峰，记录压力峰数量；

44、s4、依据压力峰数量确定分布类型，并根据分布类型分别计算正常工作范围；

45、s5、预警阈值计算模块用于在正常工作范围基础上向外扩展预设比例，计算预警下限与预警上限；

46、s6、依据正常工作范围上限自动推断传感器安装位置类别，并选取对应的合规判断阈值；

47、s7、以预设周期触发重新标定，比较新旧标定结果，当偏移超过预设漂移阈值时输出传感器量程漂移预警。

48、本发明的有益效果：

49、（1）本发明基于四分位距的极端值去除方法对稳压泵正常启停引起的周期性压力波动具有较好的鲁棒性，不会将正常的压力波动峰值误判为极端值；同时，可调节的扩展系数k使得方法能够在数据分布较为分散时自适应收紧过滤边界。

50、（2）本发明的直方图分析方法将连续的压力数值离散化为区间频数分布，能够直观反映传感器工作压力的集中区域；峰值识别阈值的设定使得方法能够忽略小幅随机波动造成的伪峰，仅识别具有统计显著性的真实工作压力区间。

51、（3）本发明通过双峰和单峰自动判断机制使得同一套算法无需人工预配置即可适配不同工况场景，实现对不同工况场景的自适应标定；百分位数方法对分布形态假设要求低，具有较好的稳健性。

52、（4）本发明通过预警阈值的分级设计为运维人员提供了不同级别的风险提示，偏离预警提示传感器读数开始偏离正常工作区间但尚未达到危险程度，越限告警则指示需要立即干预。