[发明专利]基于仿真数据库的压力容器LPMS质量估计方法

摘要

基于仿真数据库的压力容器LPMS质量估计方法，先在钢板上布置一个压电式加速度传感器，采集不同质量、不同坠落高度对应的冲击信号，进行傅里叶变换为频谱，设定截止频率得到有效频段频谱，设定多项式拟合阶次，对有效频段频谱进行曲线拟合，拟合曲线作为样本组成质量估计仿真数据库；然后在核电站反应堆压力容器布置一个压电式加速度传感器，通过敲击实验得到3～5组标定信号，将标定信号与仿真数据库中样本进行相关性匹配分析，根据相关系数与样本信息进行质量估计，求解最优的修正系数；最后在压力容器任意位置布置三个压电式加速度传感器，得到修正后的质量估计值，剔除异常值，计算最终的质量估计值，本发明可准确估计跌落松动件的质量。

主权项

1.基于仿真数据库的压力容器LPMS质量估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，仿真数据库建立：1.1)在钢板上任意位置安装一个第一压电式加速度传感器；1.2)用不同质量的钢球从不同高度坠落敲击钢板，通过第一压电式加速度传感器采集冲击信号，记为sm,h(t)，其中m代表钢球质量，h代表坠落高度；1.3)对冲击信号sm,h(t)进行傅里叶变换得到频谱，记为Sm,h(f)，计算公式为：1.4)为了消除高频部分的冗余信息，选取截止频率fmax，使频谱80％以上的能量分布在频段[0,fmax]中，截止频率fmax设定在15kHz到20kHz之间；1.5)对有效频段频谱，S_m,h(f)f≤f_max，进行n阶多项式曲线拟合，记为阶次n反映拟合特性，n越大拟合曲线越能反映频谱的细节信息，反之，n越小拟合曲线越能反映频谱的整体信息，阶次n设定在6到10之间；1.6)将步骤1.5)所得的所有信号作为样本组成质量估计仿真数据库；步骤2)，质量标定：2.1)在核电站反应堆压力容器上任意位置安装一个第二压电式加速度传感器，用3～5个不同质量的钢球从同一高度坠落敲击压力容器壁，通过第二压电式加速度传感器采集冲击信号，根据步骤1.3)、1.4)、1.5)处理信号，得到标定信号，相比仿真数据库样本而言，标定信号向低频偏移，2.2)基于仿真数据库的标定信号质量估计，通过互相关函数实现：ρ代表两组信号的相关系数，数学表达上是两组信号的协方差和两组信号标准差之积的比值，其大小反映了两组信号的相似程度，具体数值为0至1，式中协方差与标准差的具体公式如下：根据上述公式求出标定信号与仿真数据库样本的匹配程度；假设仿真数据库包含a×b×c组样本，其中a代表钢球质量种类数，b代表坠落高度种类数，c代表同一质量同一坠落高度试验重复次数，每组样本依次代入公式(2)，共进行了a×b×c次相关性计算，选取最大的a×c个相关系数，记为ρ1,ρ2,ρ3...ρa×c，对应样本的质量分别为m1,m2,m3...ma×c，那么，质量估计结果为：3～5组标定信号对应的估计质量记为meva1，meva2…mevan，n＝3～5，对应的真实质量记为mrea1，mrea2…mrean，如步骤2.1)所述，标定信号相对仿真数据库样本的频率分布偏移导致质量估计产生误差，低频偏移会导致质量估计偏大，需要进行系数修正；2.3)系数修正以提高质量估计准确率，通过最优化问题求解实现：上述公式表示最优系数α使3～5组标定实验的质量估计误差绝对值之和达到最小；步骤3)，现场质量估计：在核电站反应堆压力容器上任意位置安装三个第三压电式加速度传感器进行实时监测，当松动件坠落，第三压电式加速度传感器采集冲击信号，根据步骤1.3)、1.4)、1.5)、2.1)得到基于仿真数据库的质量估计值，然后根据步骤2.3)得到修正系数，修正结果记为mres，mres＝α×meva    (7)由于采用了三个第三压电式加速度传感器，得到三个质量估计结果，分别记为mres1，mres2和mres3，剔除偏离平均值最大的结果，其编号为剩余两者的平均值作为最终的质量估计结果。