1.本发明涉及高速开关阀故障检测技术领域，特别是基于噪声特征信息的高速开关阀故障检测系统及检测方法。
背景技术：
2.高速开关阀通常有衔铁、推杆、阀芯、阀座、外壳、垫片组成。由于高速开关阀的加工精度要求高，生产周期长，单体成本高，因此在发生故障时直接整体更换会增加生产成本，造成不必要的资源浪费。但现有技术还未实现针对高速开关阀某一部件损坏的故障点检测，提高其他部件的使用率，降低生产成本。目前现有检测电磁阀好坏的方法为使用万用表测量电磁阀线圈的电阻，根据电阻的大小来确定电磁阀的好坏，此传统方法无法精确到高速开关阀某个部件的损坏。由于高速开关阀在工作时是被安装在阀块内且工作行程较短，所以也无法直接通过肉眼来判断其内部结构是否发生损坏。同时相比于其他电磁式开关阀，高速开关的阀体积较小，结构复杂，微小零件较多且对装配环境与技术要求较高，如果将其拆开来检测部件的损坏位置，不仅会浪费大量的时间和人力，而且可能会影响后期的使用性能，甚至导致高速开关阀的整体损坏，造成不必要的财产损失。
技术实现要素：
3.有鉴于此，本发明的目的在于提供基于噪声特征信息的高速开关阀故障检测系统及检测方法，实现根据高速开关阀内部运动部件工作时的噪声信息生成时域图，通过比较采集噪声时域图和基准时域图的峰值点来判断高速开关阀内部的运动部件故障点，既能检测高速开关阀的实时健康状态又能提高判断故障点的效率。
4.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于噪声特征信息的高速开关阀故障检测系统及检测方法，包括噪声信号采集系统和控制系统；所述噪声信号采集系统包括声压传感器、采集卡及数据采集软件；所述控制系统包括驱动程序、高速开关阀硬件处理器及开关电源；基于所述故障检测系统实施的故障检测步骤包括：
5.利用控制系统驱动高速开关阀工作，同时使用噪声信号采集系统获取高速开关阀的声压噪声时域图像；
6.研究高速开关阀的结构特性，分析其振动噪声的主要成因，并基于高速开关阀的噪声特性将噪声时域图中的峰值点与主要噪声部位标记一一对应；
7.在选定同一频率和同一周期的条件下，采集无故障高速开关阀正常运行时的噪声信号作为基准时域图，采集被测高速开关阀运行时的噪声信号作为被测时域图，比较被测时域图和基准时域图的击振峰值点，若两者的击振峰值点存在差异，则说明被测高速开关阀出现故障。
8.在一较佳的实施例中，高速开关阀的频率控制依照实际工况选取，噪声采集的时间长度按两倍高速开关阀周期选取。
9.在一较佳的实施例中，声压传感器和高速开关阀位于隔绝外界噪声干扰的自由场
环境内，其余硬件均在自由场环境的外部。
10.在一较佳的实施例中，所述声压传感器放置在高速开关阀正上方。
11.在一较佳的实施例中，所述高速开关阀具有外壳，所述外壳的内壁设置有线圈，所述外壳的内部设置有动衔铁及铁芯；所述动衔铁与外壳的上内壁之间设置有垫片，所述外壳的开口固定连接有导向套，所述铁芯的一端抵接所述导向套，所述铁芯的另一端抵接所述动衔铁；所述动衔铁面向所述外壳的上内壁的一端设置有第一容纳腔；所述第一容纳腔内设置有第一弹簧；所述导向套的内部设置有阀芯；所述铁芯的内部设置有第一让位通道，所述第一让位通道内设置有第一推杆，所述第一推杆的一端抵接所述阀芯；所述导向套远离所述外壳的一端连接有阀座；所述阀芯延伸至所述阀座的内部；所述阀芯的内部设置有第二让位通道，所述第二让位通道的内部设置有第二推杆；所述阀座的底部设置有第二容纳腔，所述第二容纳腔内设置有第二弹簧；所述第二弹簧顶底所述第二推杆的一端。
12.在一较佳的实施例中，高速开关阀噪声特性和峰值标记方式具体内容为：高速开关阀中动衔铁与第一推杆之间、第一推杆与阀芯之间及阀芯与阀座之间的碰撞是主要噪声来源，动衔铁与第一推杆之间、第一推杆与阀芯之间及阀芯与阀座之间的碰撞是同时发生的，动衔铁与第一推杆、第一推杆与阀芯及阀芯与阀座和高速开关阀正上方的声压传感器的距离是不同的，在噪声时域图上即表现为三个不同时间的峰值，根据三个部位与声压传感器的距离远近将三个峰值标记为三个部位的碰撞。
13.在一较佳的实施例中，所述高速开关阀的峰值标记具体内容为：
14.噪声时域图开启击振峰值点的包括：
15.开启第一峰值点，设为动衔铁-第一推杆的峰值点；
16.开启第二峰值点，设为第一推杆-阀芯的峰值点；
17.开启第三峰值点，设为阀芯-阀座的峰值点；
18.噪声时域图关闭击振峰值点的包括：
19.关闭第一峰值点，设为动衔铁-垫片的峰值点；
20.关闭第二峰值点，设为动衔铁-第一推杆的峰值点；
21.关闭第三峰值点，设为第一推杆-阀芯的峰值点。
22.在一较佳的实施例中，若开启第一峰值点与开启第一基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的动衔铁-第一推杆部件发生故障；若开启第二峰值点与开启第二基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的第一推杆-阀芯部件发生故障；若开启第三峰值点与开启第三基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的阀芯-阀座部件发生故障。
23.在一较佳的实施例中，若关闭第一峰值点与关闭第一基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的动衔铁-第一推杆部件发生故障；若关闭第二峰值点与关闭第二基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的第一推杆-阀芯部件发生故障；若关闭第三峰值点与关闭第三基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的阀芯-阀座部件发生故障。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.通过采用的非接触式噪声检测方法，其不仅能够准确、实时、快速地判断高速开关阀的故障部件，而且避免了在拆装时损坏其他部件和降低了利用人工误判的成本风险，大大提高了故障的检测效率。
附图说明
26.图1为本发明优选实施例的技术方案框图；
27.图2为本发明优选实施例的基于噪声特征信息的高速开关阀故障检测系统框图；
28.图3为本发明优选实施例的高速开关阀内部结构图和噪声峰值对应部位示意图；
29.图4为本发明优选实施例的高速开关阀噪声时域图。
具体实施方式
30.下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
31.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
32.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式；如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
33.本发明提供了一种基于噪声特征信息的高速开关阀故障检测系统和检测方法，技术方案图如图1所示。其故障检测系统包括噪声的采集系统和开关阀的控制系统两部分，故障检测系统示意图如图2所示。所述故障检测系统包括噪声的采集系统：数据采集软件、数据采集系统与硬件、声压传感器和高速采集软件在上位机上运行，上位机与数据采集硬件连接，数据采集硬件与声压传感器连接。所述开关阀的控制系统包括compactrio驱动程序、compactrio硬件处理器、高速开关阀、24v开关电源，24v开关电源和运行compactrio驱动程序的上位机与compactrio硬件处理器连接，compactrio硬件处理器通过导线与高速开关阀连接。
34.基于所述故障检测系统实施的故障检测步骤包括：
35.利用控制系统驱动高速开关阀工作，同时使用噪声信号采集系统获取高速开关阀的声压噪声时域图像；
36.研究高速开关阀的结构特性，分析其振动噪声的主要成因，并基于高速开关阀的噪声特性将噪声时域图中的峰值点与主要噪声部位标记一一对应；
37.在选定同一频率和同一周期的条件下，采集无故障高速开关阀正常运行时的噪声信号作为基准时域图，采集被测高速开关阀运行时的噪声信号作为被测时域图，比较被测时域图和基准时域图的击振峰值点，若两者的击振峰值点存在差异，则说明被测高速开关阀出现故障。
38.高速开关阀的频率控制依照实际工况选取，噪声采集的时间长度按两倍高速开关阀周期选取。声压传感器和高速开关阀位于隔绝外界噪声干扰的自由场环境内，其余硬件均在自由场环境的外部。由于峰值标记方式与声压传感器的位置相关，故所述步骤一的声压传感器因放置在高速开关阀正上方。
39.高速开关阀的内部结构图如图3所示，所述高速开关阀具有外壳1，所述外壳1的内壁设置有电磁线圈3，所述外壳1的内部设置有动衔铁8及铁芯4；所述动衔铁8与外壳1的上内壁之间设置有垫片2，所述外壳1的开口固定连接有导向套5，所述铁芯4的一端抵接所述
导向套5，所述铁芯4的另一端抵接所述动衔铁8；所述动衔铁8面向所述外壳1的上内壁的一端设置有第一容纳腔12；所述第一容纳腔12内设置有第一弹簧11，所述第一弹簧11的两端分别顶抵所述垫片2和动衔铁8；所述导向套5的内部设置有阀芯6；所述铁芯4的内部设置有第一让位通道，所述第一让位通道内设置有第一推杆9，所述第一推杆9的一端抵接所述阀芯6；所述导向套5远离所述外壳1的一端连接有阀座7；所述阀芯6延伸至所述阀座7的内部；所述阀芯6的内部设置有第二让位通道，所述第二让位通道的内部设置有第二推杆10；所述阀座7的底部设置有第二容纳腔14，所述第二容纳腔14内设置有第二弹簧13；所述第二弹簧13顶底所述第二推杆10的一端。
40.高速开关阀在运行时，电磁线圈3驱动衔铁8做快速的往复开关运动，每一次的开、关动作都会发生部件之间的撞击，这种撞击产生的噪声相对较大且存在规律性，其主要噪声源于动衔铁8-第一推杆9部件、第一推杆9-阀芯6部件、阀芯6-阀座7部件三个部分。
41.所述检测方法具体操作步骤如下：
42.在实施中，为了避免其他噪声的干扰，须将声压传感器和高速开关阀放置半消声实验室，其余硬件均放在实验室的外部。由于噪声峰值标记方式与声压传感器的位置相关，声压传感器安装在高速开关阀的正上方。
43.所述24v开关电源为compactrio硬件处理器供电，在pc机上运行compactrio驱动程序，并设定高速开关阀的驱动频率为250hz，compactrio硬件处理器驱动高速开关阀按给定频率运行。运行时间不得超过三分钟，避免高速开关阀因长时间运行而影响其工作性能，使得所检测数据无效而产生误判。
44.上述驱动频率为250hz，其一个周期的工作原理为，在第0ms输出+24v电压，在第1ms输出-24v电压，在第2ms输出0v电压，并保持2ms，以4ms为一个周期运行。在pc机上打开数据采集软件，将采集时间设置为8ms，运行采集程序，声压传感器将消音实验室内高速开关阀产生的噪声信号传递到数据采集硬件处理器，数据采集硬件处理器将上述信号进行滤波和降噪处理之后传送给pc机，数据采集软件将处理后的信号转化为时域图输出，高速开关阀的噪声时域图如图4所示。
45.高速开关阀中动衔铁8-第一推杆9、第一推杆9-阀芯6、阀芯6-阀座7三个部位的碰撞是主要噪声来源，三个碰撞部位分别为第一碰撞部位15、第二碰撞部位16及第三碰撞部位17；三个部位的碰撞是同时发生的，然而他们之间与高速开关阀正上方的声压传感器的距离是不同的，在噪声时域图上即表现为三个不同时间的峰值，根据三个部位与声压传感器的距离远近将三个峰值标记为三个部位的碰撞。如图4所示，高速开关阀的噪声峰值标记具体内容为：
46.噪声时域图开启击振峰值点的包括：
47.开启第一峰值点，设为动衔铁8-第一推杆9的峰值点；
48.开启第二峰值点，设为第一推杆9-阀芯6的峰值点；
49.开启第三峰值点，设为阀芯6-阀座7的峰值点；
50.噪声时域图关闭击振峰值点的包括：
51.关闭第一峰值点，设为动衔铁8-垫片2的峰值点；
52.关闭第二峰值点，设为动衔铁8-第一推杆9的峰值点；
53.关闭第三峰值点，设为第一推杆9-阀芯6的峰值点；
54.检测被测高速开关阀运行时的噪声信号作为被测时域图，比较采集的被测时域图和基准时域图的击振峰值点，若两者的击振峰值点存在差异，则说明被测高速开关阀出现故障。具体实施步骤如下：
55.若开启第一峰值点与开启第一基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的动衔铁8-第一推杆9部件发生故障；
56.若开启第二峰值点与开启第二基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的第一推杆9-阀芯6部件发生故障；
57.若开启第三峰值点与开启第三基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的阀芯6-阀座7部件发生故障。
58.若关闭第一峰值点与关闭第一基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的动衔铁8-第一推杆9部件发生故障；
59.若关闭第二峰值点与关闭第二基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的第一推杆9-阀芯6部件发生故障；
60.若关闭第三峰值点与关闭第三基准峰值点不相同，则说明高速开关阀的阀芯6-阀座7部件发生故障。