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齿轮箱故障边缘智能诊断方法及应用研究

仪器仪表学报 2024年第1期45卷 70-80页

作者：吴启航丁晓喜何清波黄文彬重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室上海200240

针对齿轮箱运行状态监测数据量大而数据价值密度低导致的数据传输和存储困难、受到带宽影响导致的故障辨识实时性差以及大而深的深度学习模型难以有效部署至边缘端硬件等问题,本文提出了一种基于乘法-卷积网络(MCN)的齿轮箱故障边缘智... 详细信息

针对齿轮箱运行状态监测数据量大而数据价值密度低导致的数据传输和存储困难、受到带宽影响导致的故障辨识实时性差以及大而深的深度学习模型难以有效部署至边缘端硬件等问题,本文提出了一种基于乘法-卷积网络(MCN)的齿轮箱故障边缘智能诊断方法。首先,综合考虑信号滤波在特征表征以及深度学习在特征提取的优势,设计了一种轻量化的MCN模型,同时在嵌入式微处理器搭建了一套端侧边缘智能处理原型与系统。该系统可以直接部署于齿轮箱边缘,通过云服务器训练和更新MCN模型参数并部署至边缘端,于边缘端完成数据采集、处理和故障状态辨识等功能,将大量传感器数据直接消耗在边缘端。实验结果显示MCN具有99.75%的平均识别精度,且部署MCN的齿轮箱故障边缘智能诊断系统可以在0.696 s内准确识别出故障状态。

关键词：齿轮故障诊断边缘计算乘法-卷积深度学习嵌入式系统

机械传动系统含偏差频率分量协同检测与分解方法

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机械工程学报 2024年

作者：于小洛杨阳杜明刚何清波彭志科中国北方车辆研究所宁夏大学机械工程学院上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室

传动系统故障诊断对于保障装备可靠运行具有重要作用，信号分解是传动系统故障特征提取的重要技术手段。由于传动误差、零部件惯性、频率分辨率等，传动系统振动信号的部分分量实测频率往往与根据运动学关系计算的理论频率存在偏差，且... 详细信息

传动系统故障诊断对于保障装备可靠运行具有重要作用，信号分解是传动系统故障特征提取的重要技术手段。由于传动误差、零部件惯性、频率分辨率等，传动系统振动信号的部分分量实测频率往往与根据运动学关系计算的理论频率存在偏差，且分量的存在性判定问题通常被忽略。上述局限导致主流的信号分解方法在处理含偏差频率分量时，面临分解精度及物理可解释性方面的共同挑战。对此，提出一种针对传动系统含偏差频率分量的协同检测与分解方法，借助信号分量间固有的谐波关系对含偏差频率分量进行协同检测，并判定其存在性；协同检测的结果能够进一步作为信号分解的基础，分解精度相比未经协同检测的现有方法大幅提升。通过三个实际应用案例验证了所提方法对平稳工况及非平稳工况下的传动系统信号特征提取的有效性。

关键词：协同检测故障诊断传动系统信号分解

鄂尔多斯盆地东缘海陆过渡相页岩原位含气性评价及其地质应用

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天然气地球科学 2024年

作者：罗力元李勇何清波李树新李翔时小松路俊刚陈世加肖正录尹相东油气藏地质及开发工程全国重点实验室西南石油大学天然气地质四川省重点实验室西南石油大学地球科学与技术学院贵州省油气勘查开发工程研究院自然资源部复杂构造区非常规天然气评价与开发重点实验室中国石油煤层气有限责任公司

海陆过渡相页岩气是未来非常规天然气勘探的重要接替领域，原位含气性评价及其赋存状态影响因素研究对海陆过渡相页岩气甜点优选具有重要的指导意义。以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县地区山西组为例，考虑吸附气占据的孔体积，建立了原位... 详细信息

海陆过渡相页岩气是未来非常规天然气勘探的重要接替领域，原位含气性评价及其赋存状态影响因素研究对海陆过渡相页岩气甜点优选具有重要的指导意义。以鄂尔多斯盆地东缘大宁—吉县地区山西组为例，考虑吸附气占据的孔体积，建立了原位页岩含气量校正计算模型，在深度为1 000～4 000 m范围内，未校正的页岩原位含气量被高估了10.02%～18.79%。海陆过渡相页岩含气性主要受TOC、温度、压力和孔隙空间联合控制。高TOC含量有利于页岩赋存吸附气，高孔隙空间有利于页岩赋存游离气。压力对页岩吸附能力具有促进作用，而温度对页岩吸附能力具有抑制作用，但不同埋深条件下主导作用有所差异。浅层区域，压力的促进作用大于温度的抑制作用，深层区域，温度的抑制作用大于压力的促进作用。基于校正后的原位含气量计算模型，计算了DJ3-4井海陆过渡相页岩原位含气量，其含气量高值段分布在山23亚段的中部，与生产测试结果相吻合。研究结果有效地指导了海陆过渡相页岩气甜点优选。

关键词：海陆过渡相页岩气原位含气性控制因素鄂尔多斯盆地东缘

基于蓝牙无线传输技术的液压导管应变测量系统

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传动技术 2024年第1期38卷 18-22页

作者：李泽函骆政波韩铭晟何清波上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 国营芜湖机械厂安徽芜湖214007

液压导管应变检测是保证液压系统安全可靠运行和判断系统结构健康状况的关键,针对有线应变测试设备存在的问题,设计了一套基于蓝牙无线传输技术的应变测量系统。系统设计遵循体积小、低功耗的原则,基于蓝牙低功耗、高信号质量的无线传... 详细信息

液压导管应变检测是保证液压系统安全可靠运行和判断系统结构健康状况的关键,针对有线应变测试设备存在的问题,设计了一套基于蓝牙无线传输技术的应变测量系统。系统设计遵循体积小、低功耗的原则,基于蓝牙低功耗、高信号质量的无线传输技术,根据一主多从模式架构设计了主从机电路,设计完成液压导管应变采集和无线通信等功能需求,另外设计配套数据传输与处理软件,在交互界面实现数据实时显示与分析。通过有线采集设备与无线测量系统的应变测量对比实验,证明本文设计的基于蓝牙无线传输技术的应变测量系统能够准确有效测得液压导管应变。

关键词：液压导管应变测量蓝牙电路设计

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先进感知与智能损伤评估的机遇与挑战

仪器仪表学报 2022年第3期43卷 1-2页

作者：何清波彭志科上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室宁夏大学

结构损伤评估(structural damage assessment, SDA)是利用现场传感系统和相关分析技术来监测结构的行为和性能，以识别和评估结构完整性、安全性和耐久性的技术，其主要包括“传感”、“数据”和“决策”等关键问题。当前，随着智能材... 详细信息

结构损伤评估(structural damage assessment, SDA)是利用现场传感系统和相关分析技术来监测结构的行为和性能，以识别和评估结构完整性、安全性和耐久性的技术，其主要包括“传感”、“数据”和“决策”等关键问题。当前，随着智能材料与结构、微/纳米机电系统、人工智能、大数据、边缘计算、物联网等技术的飞速发展，结构损伤评估技术也步入了一个全新的发展阶段，面临了前所未有的发展机遇与挑战。

关键词：先进感知智能损伤评估

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基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取

振动与冲击 2023年第17期42卷 203-209,283页

作者：位莎杨阳杜明刚何清波彭志科上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 中国北方车辆研究所车辆传动国家重点实验室北京100072 宁夏大学机械工程学院银川750021

针对强背景噪声下的特征提取问题,提出一种基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取方法。对目标特征频率进行瞬时频率的初步提取;利用傅里叶基函数对初始瞬时频率进行拟合,得到所需特征频率的瞬时频率;根据提取出的瞬时频率和瞬时幅值重... 详细信息

针对强背景噪声下的特征提取问题,提出一种基于参数化滤波的旋转设备特征频率提取方法。对目标特征频率进行瞬时频率的初步提取;利用傅里叶基函数对初始瞬时频率进行拟合,得到所需特征频率的瞬时频率;根据提取出的瞬时频率和瞬时幅值重构出提取后的频谱图,从而达到对噪声进行抑制并准确提取所需特征频率的目的。使用仿真信号验证了该方法的有效性,对齿轮传动系统中行星齿轮箱振动数据、轴承外圈故障振动数据及轴承外圈早期故障进行试验分析。结果表明,该方法能有效提高信号的信噪比,准确提取特征频率,增强故障特征。

关键词：参数化滤波特征频率提取故障诊断信号分解

变转速工况下基于多传感器信号深度特征融合的电机故障诊断研究

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仪器仪表学报 2022年第3期43卷 59-67页

作者：王骁贤陆思良何清波张世武安徽大学电子信息工程学院合肥230601 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系合肥230027 安徽大学电气工程与自动化学院合肥230601 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

本文提出一种利用多传感器信号深度特征融合的方法实现电机变转速工况下的故障诊断。首先从多传感器节点同步采集电机的多通道振动、声音和漏磁信号。对漏磁信号进行处理获取电机转子的累积转角曲线,随后利用累积转角曲线对振动和声音... 详细信息

本文提出一种利用多传感器信号深度特征融合的方法实现电机变转速工况下的故障诊断。首先从多传感器节点同步采集电机的多通道振动、声音和漏磁信号。对漏磁信号进行处理获取电机转子的累积转角曲线,随后利用累积转角曲线对振动和声音信号进行阶比分析处理。最后利用双层双向长短期记忆网络从经过预处理的多传感器信号中提取和融合特征以诊断电机故障。实验结果表明,通过提取和融合8通道的电机振动和声音信号,本文提出的方法能够有效识别电机的高阻接触、偏心、霍尔断线、相间短路、轴承等10类运行状态,分类准确率达到99.86%。该方法有望部署在物联网边缘计算节点中,实现电机的远程在线状态监测和故障诊断。

关键词：电机故障诊断多传感器信号深度特征融合双层双向长短期记忆网络阶比分析

准噶尔盆地沙湾凹陷烃源岩地球化学特征及天然气勘探方向

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天然气地球科学 2022年第8期33卷 1319-1331页

作者：李勇路俊刚刘向君王剑陈世加何清波西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500 天然气地质四川省重点实验室四川成都610500 西南石油大学地球科学与技术学院四川成都610500 中国石油新疆油田分公司实验检测研究院新疆克拉玛依834000

近年来,准噶尔盆地沙湾凹陷周缘构造天然气勘探陆续取得突破,但凹陷中心烃源岩地球化学特征和分布仍缺乏系统全面研究,各套烃源岩生烃演化史和产物特征认识不清,制约了该区块下一步勘探与开发。以凸起带烃源岩样品为研究对象,结合地震... 详细信息

近年来,准噶尔盆地沙湾凹陷周缘构造天然气勘探陆续取得突破,但凹陷中心烃源岩地球化学特征和分布仍缺乏系统全面研究,各套烃源岩生烃演化史和产物特征认识不清,制约了该区块下一步勘探与开发。以凸起带烃源岩样品为研究对象,结合地震和生烃热模拟实验,开展烃源岩综合评价,明确不同层系烃源岩产物特征,进而指出下一步天然气勘探方向。研究结果表明:沙湾凹陷发育4套烃源岩,源岩厚度大,分布面积广,埋藏深,为周缘构造油气成藏奠定了物质基础。石炭系和下二叠统佳木河组烃源岩丰度高,但类型差且生烃潜力小,处于过成熟阶段,以生干气为主,而下二叠统风城组和中二叠统下乌尔禾组烃源岩丰度高、类型好,处于高成熟阶段,生烃潜力大。建立了沙湾凹陷天然气δ^(13)C_(1)—R_(O)回归方程,明确了不同层系烃源岩生成天然气乙烷碳同位素分布特征,为周缘构造天然气成熟度计算和气源对比研究奠定了基础。沙湾凹陷西斜坡保存条件好,位于油气运移路径之上,与玛湖凹陷斜坡相似,具备形成大型地层岩性油气藏的地质条件,勘探潜力大,是研究区下一步天然气勘探的重点领域。

关键词：地球化学特征生烃演化史生烃热模拟勘探方向沙湾凹陷

断层封闭性演化地球化学评价方法及其控藏作用——以准噶尔盆地西北缘红车断裂带为例

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天然气工业 2023年第8期43卷 12-25页

作者：李勇罗力元王剑刘向君马万云陈世加何清波油气藏地质及开发工程全国重点实验室·西南石油大学天然气地质四川省重点实验室西南石油大学地球科学与技术学院中国石油新疆油田公司实验检测研究院

断层封闭性评价对油气成藏研究具有重要的指导意义,但是断层封闭性演化和油气动态成藏有机结合的研究却较少。为此,以准噶尔盆地西北缘红车断裂带为例,利用烃源岩生物标志化合物、生烃热模拟产物特征、原油色谱色质、碳同位素、轻烃等... 详细信息

断层封闭性评价对油气成藏研究具有重要的指导意义,但是断层封闭性演化和油气动态成藏有机结合的研究却较少。为此,以准噶尔盆地西北缘红车断裂带为例,利用烃源岩生物标志化合物、生烃热模拟产物特征、原油色谱色质、碳同位素、轻烃等地球化学实验分析技术,建立了断层封闭性演化地球化学评价方法,揭示了不同地质历史时期断层封闭性差异演化对油气运聚成藏的控制作用。研究结果表明:①红车断裂带断层侧向封闭性控制了断层上/下盘原油性质差异。②晚三叠世—早侏罗世,断层侧向对油气不封闭,下二叠统风城组烃源岩成熟阶段原油运移至上盘石炭系遭受生物降解形成高密度重质油;晚侏罗世—早白垩世,断层侧向对油封闭,对气不封闭,风城组高成熟原油和中二叠统下乌尔禾组成熟原油在下盘聚集成藏。③不同地质历史时期断层对不同流体封闭性差异是红车断裂带油藏伴生气普遍为干气的主要原因。④断层封闭性演化可以划分为开启、弱封闭、中封闭、强封闭4个演化阶段,分别控制了油气散失、上盘油藏遭受生物降解、下盘油藏聚集天然气散失、晚期干气捕获4个成藏过程,前3个阶段导致成熟—高成熟阶段天然气散失,晚期强封闭阶段干气大规模聚集,形成了重质油、中质油、轻质油、干气并存的油气分布复杂现象。结论认为,建立的断裂封闭性动态演化历程的地球化学评价方法,对复杂地区多源多期油气勘探开发具有重要的指导意义。

关键词：断层封闭性地球化学评价控藏作用准噶尔盆地红车断裂带