摘要：內(nèi)燃機(jī)能否良好的運作與動力系統(tǒng)密切相關(guān)，它不僅影響到動力系統(tǒng)的可靠性而且影響其安全性，所以一定要監(jiān)管內(nèi)燃機(jī)運作狀態(tài)并積極對其故障進(jìn)行及時診斷是很關(guān)鍵的?；诖耍疚闹饕獙趫D像處理技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)故障診斷方法進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：圖像處理技術(shù) 內(nèi)燃機(jī) 故障診斷

中圖分類號：TK428 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0086-02

柴油機(jī)的基本運動件包括配氣機(jī)構(gòu)在內(nèi)，因為配氣機(jī)構(gòu)會和氣門座產(chǎn)生規(guī)律性沖突，而且具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，在柴油機(jī)的全部故障中它的故障發(fā)生幾率大概為15.1%。因為內(nèi)燃機(jī)缸蓋在進(jìn)行振動的過程中表現(xiàn)出很強的非平穩(wěn)時變性，所以在診斷故障以及對狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測的過程中要盡可能借助圖像處理技術(shù)手段。

1 實驗的實施

實驗的主要對象是一柴油機(jī)。為了得出缸蓋振動信號，首先將一個加速度傳感器放在第2缸缸蓋的表面位置，大體位置是氣缸中央處，具體為排氣閥以及進(jìn)氣閥之間進(jìn)行布置。關(guān)于第2缸，為了得出其在斷油的狀態(tài)下的汽缸壓力信號以便于標(biāo)定振動信號的上止點，需要在其缸蓋位置布置一個示功圖測量通道。具有25kHz的采樣頻率?？梢詫⒄駝有盘栠x為-360～360℃，在斷油狀態(tài)下可以選擇0°為壓縮上止點的值。為了證明該措施確實可行，在進(jìn)行試驗的過程中，要保持柴油機(jī)處于空載狀態(tài)，具體為1500r/min。在這里我們設(shè)置了8類氣閥機(jī)構(gòu)的基本狀態(tài)，目的是為了表明柴油機(jī)在運作的過程中氣閥機(jī)構(gòu)所處的實際狀態(tài)。

2 診斷故障的實踐應(yīng)用

2.1 對缸蓋振動信號進(jìn)行的小波包分解

由缸蓋表面位置的振動信號我們可以看出氣閥機(jī)構(gòu)所處的實際狀態(tài)，關(guān)于后者，不管是其頻域內(nèi)的能量還是幅值都會出現(xiàn)周期性改變。缸蓋表面位置的振動信號屬于非平穩(wěn)時變信號，振動信號的頻率在各個時間點因為受的激勵的區(qū)別會出現(xiàn)相應(yīng)的改變。關(guān)于小波變換理論，其在時頻局部化特性方面較好，關(guān)于缸蓋振動信號，一般都是通過時頻相平面圖來展示對其小波包進(jìn)行分解后得出的結(jié)果的。相平面是一個二維平面，頻率軸以及時間是其主要的組成部分。相平面的主要功能和通常而言的坐標(biāo)平面是不一樣的，它展示的是一種狀態(tài)，而不是函數(shù)關(guān)系。

關(guān)于原始信號，將N作為其樣本數(shù)，對小波包進(jìn)行分解后，可以通過時頻相平面位置處N個大小是Δt×Δf的小矩形彼此相鄰的形式來表示其結(jié)果，不管是頻率軸還是時間軸，其分辨率均為Δt×Δf。在分解尺度各不一樣的情況下，矩形有不同的形狀，可是所有矩形在相平面位置處卻一直是大小一樣的。將各種灰度在矩形內(nèi)進(jìn)行填充，由灰度值來代表頻率分量的幅值，這會在時頻相平面位置處將信號時頻明確的進(jìn)行展示。主要由特定循環(huán)中的缸蓋振動信號在其小波包發(fā)生變換后得到的時-頻相平面表示氣閥機(jī)構(gòu)的基本狀態(tài)，能得出小波包發(fā)生變化以及小波發(fā)生變換關(guān)于信號方面的頻帶劃分，使振動信號方面的特定時間以及頻段的頻域能量得到真實的反映，柴油機(jī)狀態(tài)信息也包括在其中。

現(xiàn)今通常來說，研究分解了信號小波包后，對時-頻分布圖中的故障信息沒有積極使用，只是站在別的角度看待問題的。例如關(guān)于對特定頻帶的故障特征參數(shù)進(jìn)行的提取，主要來源于特定的小波包分解層，同理實施濾波處理再提取特征參數(shù)也是如此。站在圖像處理的層面來看，在對小波包進(jìn)行分解后形成的時-頻圖，主要是為了診斷柴油機(jī)氣閥機(jī)構(gòu)方面存在的故障，能積極發(fā)揮其時頻信息的作用。

2.2 以圖像匹配為基礎(chǔ)的針對內(nèi)燃機(jī)氣閥機(jī)構(gòu)實施故障診斷的基本模型

根據(jù)前述能得出，方塊（有0～255灰度級）可以組構(gòu)小波包時-頻分布圖。在所有的狀態(tài)中對氣閥機(jī)構(gòu)進(jìn)行測量，對測量得到的缸蓋振動信號實施小波包分解，接著就會形成時-頻分布圖，平均圖像使其成為標(biāo)準(zhǔn)圖，之所以要這樣做主要是由于：因為柴油機(jī)在進(jìn)行工作的過程中其循環(huán)間有波動，一樣的工況不一樣的工作循環(huán)間會出現(xiàn)波動，在循環(huán)內(nèi)與其緊挨著缸會給本缸振動產(chǎn)生或多或少的作用，要是在診斷故障時僅僅依據(jù)一個循環(huán)內(nèi)的相關(guān)信號的話，不具有典型性，因此通過相加平均的方式來降低這個作用的發(fā)揮，也可以看作提取或者是壓縮了振動信號的頻率，而且還或多或少的降低了噪聲的干擾。

假設(shè)已得到氣閥機(jī)構(gòu)某一狀態(tài)時的圖像族Gk（i，j）（時-頻分布圖），k=0，1，2，…，K，則可得氣閥機(jī)構(gòu)為某一狀態(tài)時的平均圖像。

（1）

式中：m=1，2，…，8；I=1，2，…，NL；j=1，2，…，NS；NL，NS分別為圖像像素的行數(shù)與列數(shù)。在求“標(biāo)準(zhǔn)圖像”時，取式（1）中的N=10，在故障診斷時取N=5。

圖像之間的歐氏距離為：

標(biāo)準(zhǔn)圖像SGm（i，j）之間的歐氏距離

Cm，令Dmin=min{Dm}。定義歐氏距離

通過（1～3）能得出，個是Cm以及Dm的基本單位。通過多次實驗的開展，將Vd等于3.0作為診斷閥值，要是有兩個或者是兩個以上Cm小于Vd的話，那么屬于不能判斷的情況；要是僅僅1個Cm小于Vd的話，那么與Cm相應(yīng)的狀態(tài)就是出氣閥機(jī)構(gòu)的基本狀態(tài)，也就是第m種狀態(tài)。圖1展示的是實際診斷程序。

該措施徹底將信號空間信息保留了下來，它主要指的是在時-頻相的整個平面位置處，所有信號頻率分量分布處和幅值到底有多大的距離。表1展示的是對8個樣本圖像實施診斷以后的最終結(jié)果。由此得出，選擇圖像匹配模型（基于歐氏距離）實施診斷不僅精度較高，而且Dm具顯著的差值，不管是應(yīng)用還是理解都沒有難度。

可以選擇合計60個而且是5次的平均圖像對故障實施診斷，僅僅1個圖像不能進(jìn)行診斷，這就意味著該措施是不錯的，在工程方面切實可行。

3 結(jié)語

（1）關(guān)于柴油機(jī)缸蓋，當(dāng)其振動小波包得到分解后，產(chǎn)生的時-頻分布圖，其灰度直方圖能精確的鑒別氣閥機(jī)構(gòu)在不在正常狀態(tài)范圍內(nèi)，不過開展故障模式的分類過程中效果不是很好；

（2）關(guān)于時-頻分布圖中有很多方面都體現(xiàn)了動力的信息，能根據(jù)這個來診斷氣閥機(jī)構(gòu)出現(xiàn)的故障。

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