科氏流量计的监测预警方法、装置、系统、设备及介质与流程

1.本发明涉及科式流量计监测技术领域，尤其涉及科氏流量计的监测预警方法、装置、系统、设备及介质。


背景技术：

2.科氏流量计因其测量原理的特殊性，可以直接测量介质的质量流量和密度，被广泛用于测量质量流量，尤其是在石油、化工、航天、电力等行业；科氏流量计的测量稳定性易随应用环境的变化产生计量误差，同时科氏流量计是谐振式仪表，易发生耦合共振现象；科氏流量计的应用现场大都为油气集输站场，站场内有泵等大型振动设备，而且流量计都采用撬装，无法避免环境的机械振动干扰，科氏质量流量计易发生共振导致计量出现误差；因此对科氏质量流量计实际应用工况下的外界振动干扰进行监测预警是预防科氏流量计计量超差和保障计量公平的关键工作。
3.公开号为u.s.patent 5,736,653发明了一种基于科里奥利流量计的振动监测系统，沿测量管放置用于感知测量管振动的速度传感器，加速度传感器沿科氏力作用的平面的交点线安装在支撑管上；最后结合速度传感器的信号和加速度传感器的信号处理质量流量信号中的干扰，提高科里奥利流量计的计量准确性；公开号为cn206114025u发明了一种消除科里奥利质量流量计振动外传的装置，包括两根流量管和一块固定于该两根流量管外侧之间的阻尼板。该实用新型通过卡箍与防振衬圈改变振动临界点，从而达到消除共振的效果；公开号为cn107014482b发明了一种振动状态的在线监测装置和方法，用于解决现有用于流量计的校验诊断的仪表电子器件与方法实时性差的技术问题。技术方案是所述装置包括信号采集单元、采样控制单元和信号处理单元。所述信号采集单元包括加速度计、电荷放大器、数据采集板卡以及usb接口，负责完成对流量计外壳体上振动信号的采集。所述采样控制单元包括底层驱动和采样参数设置用户接口，负责完成对信号采集单元的交互控制。所述信号处理单元包括信号显示模块和诊断模块，信号显示模块用于振动信号的显示，诊断模块用于振动信号的分析以及流量计结构变化情况的判断。该发明在流量计工作过程中对其结构状态进行监测，有效地提高了生产效率。
4.上述相关技术中提出了一些科氏流量计振动监测方法或系统，但相关技术中的方法存在以下技术问题：因为没有考虑外界影响因素，难以准确获知科氏流量计的计量超差状态，从而无法在科氏流量计计量超差状态异常时，及时有效的采取维护措施。


技术实现要素：

5.为了克服科氏流量计计量超差状态异常时，不能及时有效的采取监测预警的问题，本发明提供了科氏流量计的监测预警方法、装置、系统、设备及介质。
6.第一方面，为了解决上述技术问题，本发明提供了科氏流量计的监测预警方法，包括以下步骤：
7.s1，获取第一频率，第一频率表征了科氏流量计在当前工作时产生振动的频率；
8.s2，获取第二频率，第二频率为第一频率与科氏流量计的固有频率耦合发生共振时的频率；
9.s3，根据第一频率和第二频率，确定预警值，预警值表征了第一频率和第二频率对应的频率变化量；
10.s4，根据预警值，对科氏流量计进行监测预警。
11.本发明提供的科氏流量计的监测预警方法的有益效果是：本技术在使用科氏流量计时，将外界因素(与第一频率发生耦合共振的第二频率)对科氏流量计的影响考虑在内，因此，一旦发生科氏质量流量计计量超差状态异常(第一频率和第二频率由于发生耦合共振，导致科氏质量流量计计量超差状态异常)，及时监测预警。
12.在上述技术方案的基础上，本发明的科氏流量计的监测预警方法还可以做如下改进。
13.进一步，上述第二频率为科氏流量计的激励频率或科里奥利力频率，根据第一频率和第二频率，确定预警值，包括：
14.根据第一频率和第二频率，通过第一公式，确定预警值，其中，第一公式为：
[0015][0016]
其中，p表示预警值，f1表示第一频率，f2表示第二频率。
[0017]
采用上述进一步方案的有益效果是：与第一频率发生耦合共振的第二频率一般为科氏流量计的激励频率或科里奥利力频率，因此，根据第一频率与激励频率或科里奥利力频率，通过第一公式，确定预警值，通过预警值可以对科氏流量计进行监测预警。
[0018]
进一步，上述获取第一频率，包括：
[0019]
s31，获取科氏流量计当前工作时，外界产生的振动信号；
[0020]
s32，对振动信号进行高频通带滤波处理，得到时域加速度信号；
[0021]
s33，对时域加速度信号进行傅里叶变换，得到频域加速度信号；
[0022]
s34，对频域加速度信号进行傅里叶逆变换，得到时域位移值；
[0023]
s35，对时域位移值进行希尔伯特变换，得到第一频率。
[0024]
采用上述进一步方案的有益效果是：通过s32至s35，对振动信号进行预处理，即可得到第一频率。
[0025]
进一步，上述根据预警值，对科氏流量计进行监测预警，包括：
[0026]
当预警值位于预设区间时，发出警报信息。
[0027]
采用上述进一步方案的有益效果是：当预警值位于预设区间时，表明科氏质量流量计计量超差状态异常，此时发出警报信息，提醒监测员科氏质量流量计计量超差状态异常。
[0028]
进一步，上述根据预警值，对科氏流量计进行监测预警，包括：
[0029]
根据预警值和不同预警级别对应的预设区间，确定预警值对应的预警级别。
[0030]
采用上述进一步方案的有益效果是：根据述预警值和不同预警级别对应的预设区间，能够确定预警值对应的预警级别，监测员能第一时间获取科氏质量流量计计量超差状态异常的异常程度。
[0031]
第二方面，本发明提供了科氏流量计的监测预警装置，包括：
[0032]
振动传感器单元、传感器节点模块以及远程监测平台，振动传感器与传感器节点模块连接，传感器节点模块与远程监测平台连接；
[0033]
振动传感器，用于获取第一频率和第二频率；
[0034]
传感器节点模块，用于接收并存储第一频率和第二频率，以及将第一频率和第二频率传输至远程监测平台；
[0035]
远程监测平台，用于根据第一频率和第二频率，确定预警值，以及根据预警值，对科氏流量计进行监测预警。
[0036]
本发明提供的科氏流量计的监测预警装置的有益效果是：通过振动传感器获取第一频率和第二频率，然后通过传感器节点模块接收并存储第一频率和第二频率，以及将第一频率和第二频率传输至远程监测平台，最后远程监测平台根据第一频率和第二频率，确定预警值，以及根据预警值，对科氏流量计进行监测预警，实现了对科氏流量计的振动监测预警。
[0037]
第三方面，本发明提供了科氏流量计的监测预警系统，其特征在于，包括：
[0038]
第一获取模块，用于获取第一频率，第一频率表征了科氏流量计在当前工作时产生振动的频率；
[0039]
第二获取模块，用于获取第二频率，第二频率为第一频率与科氏流量计的固有频率耦合发生共振时的频率；
[0040]
第三获取模块，用于根据第一频率和第二频率，确定预警值，预警值表征了第一频率和第二频率对应的频率变化量；
[0041]
监测预警模块，用于根据预警值，对科氏流量计进行监测预警。
[0042]
本发明提供的科氏流量计的监测预警系统的有益效果是：本技术在使用科氏流量计时，将外界因素(与第一频率发生耦合共振的第二频率)对科氏流量计的影响考虑在内，因此，一旦发生科氏质量流量计计量超差状态异常(第一频率和第二频率由于发生耦合共振，导致科氏质量流量计计量超差状态异常)，及时监测预警。
[0043]
第四方面，本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现科氏流量计的监测预警方法的步骤。
[0044]
第五方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在终端设备上运行时，使得终端设备执行科氏流量计的监测预警方法的步骤。
附图说明
[0045]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0046]
图1为本发明实施例的科氏流量计的监测预警方法流程示意图；
[0047]
图2为本发明实施例的科氏流量计的监测预警装置结构示意图；
[0048]
图3为本发明实施例的科氏流量计的监测预警装置另一工作状态下的结构示意图；
[0049]
图4为本发明实施例的科氏流量计的监测预警系统结构示意图。
具体实施方式
[0050]
下列实施例是对本发明的进一步解释和补充，对本发明不构成任何限制。
[0051]
如图1所示，本发明实施例的科氏流量计的监测预警方法，包括如下步骤：
[0052]
s1，获取第一频率，第一频率表征了科氏流量计在当前工作时产生振动的频率。
[0053]
可选的，获取第一频率，包括：
[0054]
s31，获取科氏流量计当前工作时，外界产生的振动信号；
[0055]
s32，对振动信号进行高频通带滤波处理，得到时域加速度信号；
[0056]
s33，对时域加速度信号进行傅里叶变换，得到频域加速度信号；
[0057]
s34，对频域加速度信号进行傅里叶逆变换，得到时域位移值；
[0058]
s35，对时域位移值进行希尔伯特变换，得到第一频率。
[0059]
其中，s32中，对振动信号进行高频通带滤波处理，消除了高频信号的干扰；
[0060]
另外，s35中，对时域位移值进行希尔伯特变换时，可通过angle函数对时域位移值进行计算，得到瞬时相位，对瞬时相位进行微分，得到第一频率。
[0061]
s2，获取第二频率，第二频率为第一频率与科氏流量计的固有频率耦合发生共振时的频率。
[0062]
可选的，科氏流量计的固有频率指的科氏流量计在受到外界激励产生运动时，只由科氏流量计本身性质决定的特定的频率，通过数值模拟的方法进行实验，将第一频率在符合工作要求的范围内调节大小，最后实验发现，当第一频率与科氏流量计的激励频率或者科里奥利力频率相接近时，第一频率与科氏流量计的固有频率发生耦合共振，因此，第二频率为科氏流量计的激励频率或科里奥利力频率。
[0063]
s3，根据第一频率和第二频率，确定预警值，预警值表征了第一频率和第二频率对应的频率变化量。
[0064]
可选的，根据第一频率和第二频率，确定预警值，包括：
[0065]
根据第一频率和第二频率，通过第一公式，确定预警值，其中，第一公式为：
[0066][0067]
其中，p表示预警值，也可称为超差预警值，f1表示第一频率，f2表示第二频率。
[0068]
本实施例中，上述第二频率可以是基于外界振动对科氏流量计计量准确性的定量影响规律确定的，该外界振动对科氏流量计计量准确性的定量影响规律具体包括：
[0069]
科氏流量计的激励频率可以为80hz，科氏流量计的科里奥利力频率可以为197hz，当外界振动频率(第一频率)与科氏流量计的激励频率(第二频率)相接近时，激励频率与科氏流量计的固有频率耦合发生共振，或者，当外界振动频率(第一频率)与科里奥利力频率(第二频率)相接近时，科里奥利力频率与科氏流量计的固有频率耦合发生共振。
[0070]
可选的，由于第二频率包括激励频率或科里奥利力频率，因此不同的第二频率对应的预警值，具体如下：
[0071]
根据第一频率和激励频率，通过第一公式，确定激励频率对应的预警值，其中，第一公式为：
[0072]
[0073]
其中，p1表示激励频率对应的预警值，f1表示第一频率，f3表示激励频率；
[0074]
根据第一频率和科里奥利力频率，通过第一公式，确定科里奥利力频率对应的预警值，其中，第一公式为：
[0075][0076]
其中，p2表示科里奥利力频率对应的预警值，f1表示第一频率，f4表示激励频率。
[0077]
s4，根据预警值，对科氏流量计进行监测预警。
[0078]
可选的，根据预警值，对科氏流量计进行监测预警，包括：
[0079]
当预警值位于预设区间时，发出警报信息。
[0080]
本实施例中，警报信息可为灯光闪烁或语音播报。
[0081]
可选的，根据预警值，对科氏流量计进行监测预警，包括：
[0082]
根据预警值和不同预警级别对应的预设区间，确定预警值对应的预警级别。
[0083]
本实施例中，不同的预警级别可对应不同的警报信息，例如，可设置不同色彩的灯光闪烁，一种色彩对应了一个预警级别。
[0084]
可选的，由于本实施例中分为了激励频率对应的预警值p1和科里奥利力频率对应的预警值p2，因此预设区间和预警级别可采用如下：
[0085]
预警参数p1、p2预警级别6.25％《p1≤12.5％或2.54％《p2≤5.1％蓝色灯2.5％《p1≤6.25％或1.02％《p2≤2.54％黄色灯p1≤2.5％或p2≤1.02％红色灯
[0086]
其中，从蓝色到红色依次表明预警级别的提高，当p1或p2落在对应的预设区间内，即发出预警级别对应的警报信息，例如，当p1≤2.5％或p2≤1.02％时，表明第一频率和科氏流量计的固有频率发生严重的耦合共振现象，科氏质量流量计计量超差状态进入异常状态，且预警级别为最高等级，此时红色灯就会闪烁。
[0087]
如图2所示，本发明实施例的科氏流量计的监测预警装置，包括振动传感器单元202、传感器节点模块203以及远程监测平台204，振动传感器与传感器节点模块连接，传感器节点模块与远程监测平台连接；
[0088]
振动传感器，用于获取第一频率和第二频率；
[0089]
传感器节点模块，用于接收并存储第一频率和第二频率，以及将第一频率和第二频率传输至远程监测平台；
[0090]
远程监测平台，用于根据第一频率和第二频率，确定预警值，以及根据预警值，对科氏流量计进行监测预警。
[0091]
可选的，振动传感器设置在科氏流量计的法兰的端面、弧面等监测点，用于获取各个监测点处的第一频率和第二频率。
[0092]
如图3所示，传感器节点模块包括微处理器、存储器和无线通信模块，其中，微处理器用于接收第一频率和第二频率，以及将第一频率和第二频率存储至存储器中，以及通过无线通信模块将第一频率和第二频率发送至远程监测平台。
[0093]
可选的，无线通信模块为lora无线射频通信模块或者蓝牙模块，微处理器采用stm32f429igt6及其外围电路。
[0094]
如图3所示，在振动传感器采集频率信号时，为了获取更准确的频率信号，会通过差分放大电路的方式放大信号，而差分放大电路需要将电压调节至合适大小，因而产生偏置电压，因此，该装置还包括信号调理模块，信号调理模块与振动传感器连接，用于补偿振动传感器在采集所述第一频率和所述第二频率时的偏置电压。
[0095]
如图3所示，由于传感器节点模块和远程监测平台距离较远，因此，在传感器节点模块和远程监测平台之间增设一个中继处理模块，以延长传感器节点模块与远程监测平台之间的网络传输距离，其中，中继处理模块包括中继处理器、网关和移动通信模块，中继处理器通过网关与微处理器连接，中继处理器通过移动通信模块与远程监测平台连接。
[0096]
如图4所示，本发明实施例的科氏流量计的监测预警系统，其特征在于，包括：
[0097]
第一获取模块302，用于获取第一频率，第一频率表征了科氏流量计在当前工作时产生振动的频率；
[0098]
第二获取模块303，用于获取第二频率，第二频率表征了科氏流量计在当前工作时，跟第一频率发生耦合共振的频率；
[0099]
第三获取模块304，用于根据第一频率和第二频率，确定预警值，预警值表征了第一频率和第二频率对应的频率变化量；
[0100]
监测预警模块305，用于根据预警值，对科氏流量计进行监测预警。
[0101]
可选的，第一获取模块302通过第一单元，获取第一频率，其中，第一单元，具体用于：
[0102]
s31，获取科氏流量计当前工作时的振动信号；
[0103]
s32，对振动信号进行高频通带滤波处理，得到时域加速度信号；
[0104]
s33，对时域加速度信号进行傅里叶变换，得到频域加速度信号；
[0105]
s34，对频域加速度信号进行傅里叶逆变换，得到时域位移值；
[0106]
s35，对时域位移值进行希尔伯特变换，得到第一频率。
[0107]
可选的，第三获取模块304包括：
[0108]
计算模块，用于根据第一频率和第二频率，通过第一公式，确定预警值，其中，第一公式为：
[0109][0110]
其中，p表示预警值，f1表示第一频率，f2表示第二频率。
[0111]
可选的，监测预警模块305包括：
[0112]
警报模块，用于当预警值位于预设区间时，发出警报信息。
[0113]
预警等级模块，用于根据预警值和不同预警级别对应的预设区间，确定预警值对应的预警级别。
[0114]
本发明实施例的一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并在处理器上运行的程序，处理器执行程序时实现上述科氏流量计的监测预警方法的部分或全部步骤。
[0115]
其中，电子设备可以选用电脑、手机等，相对应地，其程序为电脑软件或手机app等，且上述关于本发明的一种电子设备中的各参数和步骤，可参考上文中科氏流量计的监测预警方法的实施例中的各参数和步骤，在此不做赘述。
[0116]
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为装置、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“装置”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。计算机可读存储介质例如可以是但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的装置、装置或器件，或者任意以上的组合。
[0117]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0118]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。