一种等离子发生器健康状态监测与智能控制系统及方法与流程

本技术涉及等离子发生器健康监测，具体为一种等离子发生器健康状态监测与智能控制系统及方法。

背景技术：

1、等离子发生器通常在不同气体、压力、功率等条件下形成等离子体，用于表面处理、薄膜制备、清洗、灭菌或材料改性等过程。电极作为等离子发生器的核心放电部件，长期处于高压、高温、强电场工况下，易出现磨损、氧化、积垢、结构性畸变等损耗问题，直接影响等离子放电稳定性与设备运行安全性，严重时会引发设备停机、故障损坏等问题。现有电极的健康监测技术多采用简单电气参数阈值（如对电流、反射功率、发射光强或单点温度设置固定报警阈值）比对实现故障识别，这在实际应用中存在如下缺陷：

2、同一参数值在不同工况下的物理含义并不相同，工况切换时，正常波动可能被误判为故障，而早期损耗又可能被掩盖，这样不仅监测精度低，故障误判率高，还存在监测滞后、隐性损耗漏判的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本技术解决的技术问题为：如何实现电极健康状态的精准有效监测。

2、为实现以上目的，第一方面，本技术实施例提供一种等离子发生器健康状态监测与智能控制系统，该系统包括：

3、数据采集模块，其用于：采集等离子发生器的当前工况参数，电极在预设频率集合内的实时阻抗谱，以及电极表面的实时温度场图像；

4、标准确定模块，其用于：根据当前工况参数，从预建立的健康样本库中筛选标准健康阻抗谱和标准健康温度场；

5、特征提取模块，其用于：根据当前工况参数、实时阻抗谱、实时温度场图像、标准健康阻抗谱和标准健康温度场，获取阻抗特征和温度特征；

6、数值评估模块，其用于：根据检测时段内的阻抗特征和温度特征，获取损耗一致性特征值；

7、损耗计算与评估模块，其用于：根据当前工况参数、阻抗特征、温度特征和损耗一致性特征值，获取损耗指数和评估置信度；

8、寿命预测模块，其用于：根据损耗指数，预测电极达到失效损耗阈值的剩余使用寿命；

9、分析控制模块，其用于：在评估置信度大于预设阈值时，根据剩余使用寿命和检测时段内的损耗指数，确定健康级别，并生成控制指令。

10、第二方面，本技术实施例提供一种等离子发生器健康状态监测与智能控制方法，该方法步骤包括：

11、通过数据采集模块采集等离子发生器的当前工况参数，电极在预设频率集合内的实时阻抗谱，以及电极表面的实时温度场图像；

12、基于当前工况参数，标准确定模块从预建立的健康样本库中检索相似工况样本，并生成与当前工况参数对应的标准健康阻抗谱和标准健康温度场；

13、特征提取模块根据实时阻抗谱与标准健康阻抗谱，获取阻抗特征；

14、特征提取模块对实时温度场图像进行坐标校正后，获取预处理后的实时温度场图像，将其与标准健康温度场对比，获取温度特征；

15、数值评估模块根据检测时段内的阻抗特征和温度特征，获取损耗一致性特征值；

16、损耗计算与评估模块根据当前工况参数、阻抗特征、温度特征和损耗一致性特征值，获取损耗指数和评估置信度；

17、寿命预测模块根据损耗指数，预测电极达到失效损耗阈值的剩余使用寿命；

18、在评估置信度大于预设阈值时，分析控制模块根据剩余使用寿命和检测时段内的损耗指数，确定健康级别，并生成控制指令。

19、结合第二方面，在一实施方式中，所述阻抗特征包括相对幅值偏差和频谱形状偏移量；其中相对幅值偏差的获取方式为：

20、计算实时阻抗谱和标准健康阻抗谱中同一诊断频点对应的绝对幅值差值，除以标准健康阻抗谱中对应诊断频点的阻抗幅值后，获取该诊断频点的相对幅值偏差；

21、获取所有诊断频点的相对幅值偏差后，求取平均值，作为对应采样时刻的相对幅值偏差；

22、所述频谱形状偏移量的获取方式为：

23、计算实时阻抗频谱中相邻两个诊断频点的斜率，遍历诊断频点，获取斜率集合一；计算标准健康阻抗谱中相邻两个诊断频点的斜率，遍历诊断频点，获取斜率集合二；

24、计算斜率集合一和斜率集合二中相同两个诊断频点对应斜率的绝对斜率差值，遍历斜率集合一和斜率集合二，获取绝对斜率差值集合，并根据其获取平均绝对斜率差值，计算平均绝对斜率差值与预标定最大允许斜率偏差阈值的比值，作为频谱形状偏移量。

25、结合第二方面，在一实施方式中，还包括根据阻抗特征判断该采样时刻的阻抗是否异常，其流程包括：

26、对相对幅值偏差和频谱形状偏移量进行加权求和后，获取综合阻抗偏差值；

27、判断综合阻抗偏差值是否大于预设安全阻抗偏差阈值，若是，确定该采样时刻出现阻抗异常；否则，判定该采样时刻阻抗正常。

28、结合第二方面，在一实施方式中，所述获取温度特征的流程包括：

29、计算预处理后实时温度场图像与标准健康温度场中同位置像素的绝对温度差值；

30、从预处理后实时温度场图像中，筛选绝对温度差值大于预设阈值的像素，作为异常像素；

31、计算异常像素在预处理后实时温度场图像中的占比，作为高温异常占比；

32、判断高温异常占比是否大于预设安全温度占比，若是，判定出现温度异常；否则，判定温度正常；

33、根据高温异常占比和温度判定结果，生成包括采样时刻温度状态和对应的高温异常占比的温度特征。

34、结合第二方面，在一实施方式中，所述根据检测时段内的阻抗特征和温度特征，获取损耗一致性特征值的流程包括：

35、获取检测时段内所有采样时刻的阻抗特征和温度特征后；

36、计算时间同步性系数，其表达式为：

37、；

38、式中，为时间同步性系数，为阻抗异常首次触发的起始时刻，为温度异常首次触发的起始时刻，为预设允许时间关联窗口；

39、计算异常持续重合度系数，其表达式为：

40、；

41、式中，为异常持续重合度系数，为阻抗异常和温度异常的重叠持续时长，为总阻抗异常时长，为总温度异常时长，为预设小正数；

42、计算异常强度匹配系数，其表达式为：

43、；

44、式中，为异常强度匹配系数，为检测时段内的平均综合阻抗偏差值，为检测时段内温度特征的平均偏移量，其计算式为：

45、；

46、式中，为检测时段内高温异常占比平均值，为预设安全温度占比阈值；

47、计算损耗一致性特征值，其表达式为：

48、；

49、式中，为损耗一致性特征值，均为权重系数，且，为二值化取值，其表达式为：

50、；

51、式中，为预设阻抗安全偏差阈值，为预设温度安全偏移阈值。

52、结合第二方面，在一实施方式中，所述损耗指数的计算式为：

53、；

54、式中，为损耗指数，均为权重系数，且。

55、结合第二方面，在一实施方式中，所述评估置信度的计算式为：

56、；

57、式中，为评估置信度，且，为工况稳定系数。

58、结合第二方面，在一实施方式中，所述剩余使用寿命的计算式为：

59、；

60、式中，为剩余使用寿命，失效损耗指数阈值，为最近检测时段内的损耗指数，为损耗增长速率。

61、结合第二方面，在一实施方式中，所述根据剩余使用寿命和检测时段内的损耗指数，确定健康级别，并生成控制指令的流程包括：

62、在损耗指数小于预设一级损耗阈值、且剩余使用寿命大于预设预警安全时长时，确定健康级别为健康等级；此时执行等离子发生器的常规运行参数；

63、在损耗指数大于预设一级损耗阈值、且小于预设二级损耗阈值，或剩余使用寿命小于预设预警安全时长、且大于预设临界危险时长时，确定健康级别为预警等级；此时发出健康告警，按照预设功率变化斜率限制等离子发生器输出；

64、在损耗指数大于预设二级损耗阈值，或剩余使用寿命小于预设临界危险时长时，确定健康级别为严重损耗等级；此时发出紧急告警，并执行停机操作，或按照预设降额的运行参数运行。

65、与现有技术相比，本技术的优点在于：

66、（1）通过确定适配当前工况的标准健康阻抗谱和标准健康温度场，避免工况切换过程中正常运行波动被误判为故障、早期微弱损耗被工况噪声掩盖的问题，提升复杂工况场景下的监测适配性与准确性，并且在阻抗特征和温度特征的配合下，进行电极是否异常的联合判断，能够有效区分电极真实老化损耗与外界工况扰动，通过损耗指数和评估置信度计算，监测结果更精准。

67、（2）利用评估置信度判断本次监测结果是否可信，避免无损耗状态下出现虚假匹配、虚假高一致性的误判问题，为电极健康状态的精准检测提供可靠保障。

68、（3）通过有效检测时刻的筛选，根据历史有效监测时刻的损耗指数，实现电极剩余使用寿命的有效预测，并且配合损耗指数，实现电极健康级别的定位，并生成对应健康级别的控制指令，为等离子体发生器的平稳运行提供可靠保障。