2025 设备结构健康监测 基于光纤传感技术的设备健康监测方法

GB/T33218—2025

目次

前言

…………………………Ⅲ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义

3………………1

方法概述

4…………………2

监测传感器

5………………2

通用要求

5.1……………2

光纤应变传感器要求

5.2………………2

光纤振动传感器要求

5.3………………2

监测装备

6…………………3

解调模块要求

6.1………………………3

数据采集模块要求

6.2…………………3

数据传输模块要求

6.3…………………4

健康管理平台

7……………4

一般要求

7.1……………4

数据分析系统

7.2………………………5

健康诊断系统

7.3………………………5

损伤预测系统

7.4………………………6

健康报告系统

7.5………………………6

平台管理系统

7.6………………………6

设备健康监测实施流程

8…………………7

健康监测系统安装与维护

9………………7

一般规定

9.1……………7

监测传感器

9.2…………………………7

健康监测装备

9.3………………………7

健康管理平台

9.4………………………7

运行维护

9.5……………8

附录资料性均幅值矩阵

A()……………9

附录资料性健康诊断方法

B()…………10

疲劳累积损伤计算方法

B.1……………10

时域指标法

B.2…………………………10

Ⅰ

GB/T33218—2025

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文件代替无损检测基于光纤传感技术的设备健康监测方法与

GB/T33218—2016《》,GB/T33218—

相比除结构调整和编辑性改动外主要技术变化如下

2016,,:

更改了范围见第章年版的第章

a)(1,20161);

增加了术语与定义见第章

b)(3);

增加了方法概述见第章

c)(4);

增加了监测传感器见第章

d)(5);

增加了监测装备见第章

e)(6);

增加了健康管理平台见第章

f)(7);

增加了设备健康监测实施流程见第章

g)(8);

增加了健康监测系统安装与维护见第章

h)(9)。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由全国设备结构健康监测标准化工作组提出并归口

(SAC/SWG22)。

本文件起草单位中国特种设备检测研究院安徽工业大学北京化工大学北京交通大学青岛市

:、、、、

特种设备检验研究院安徽省特种设备检测院深圳市捷德智能系统有限公司吉林市特种设备检验中

、、、

心吉林市特种设备事故调查服务中心江苏省特种设备安全监督检验研究院天津市特种设备监督检

()、、

验技术研究院广东技术师范大学电子科技大学

、、。

本文件主要起草人丁克勤陈力刘庆运陈光赵利强赵娜辛伟王志杰李娜刘喜军汪朝杰

:、、、、、、、、、、、

刘鹏宁伟东丁克俭林红伟李功宁高帅王新华刘志亮

、、、、、、、。

本文件于年首次发布本次为第一次修订

2016,。

Ⅲ

GB/T33218—2025

设备结构健康监测基于光纤传感技术的

设备健康监测方法

1范围

本文件描述了基于光纤传感技术的设备健康监测方法包括数据分析方法健康诊断方法和损伤

,、/

故障预测方法及相关要求

。

本文件适用于机械设备风电设备等设备运行过程中的健康监测

、。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文

。,

件仅该日期对应的版本适用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于

,;,()

本文件

。

机械电气安全机械电气设备第部分通用技术条件

GB/T5226.11:

机械振动与冲击加速度计的机械安装

GB/T14412

机器状态监测与诊断振动状态监测第部分总则

GB/T19873.11:

机器状态监测与诊断振动状态监测第部分振动数据处理分析与描述

GB/T19873.22:、

机器状态监测与诊断预测第部分一般指南

GB/T23713.11:

设备结构健康监测基于光纤传感技术的应力监测方法

GB/T33213

大型游乐设施健康管理

GB/T39417

电气装置安装工程盘柜及二次回路接线施工及验收规范

GB50171、

3术语和定义

界定的以及下列术语和定义适用于本文件

GB/T39417。

31

.

设备健康监测equipmenthealthmonitoring

对设备安全运行的关键特征参量进行实时在线监测以获取设备的健康信息

,。

注本文件重点针对设备的金属结构传动机构减速机电机等关键部位进行实时健康监测

:、(、)。

32

.

健康监测装备healthmonitoringequipment

集成了设备金属结构与传动机构监测功能的综合性装备能够实现对设备金属结构和传动机构健

,

康状态的全面监测

。

33

.

健康诊断healthdiagnosis

利用健康监测装备获得的应力振动等相关数据结合数据处理方法提取损伤特征参数构建诊断

、,,,

模型对金属结构和传动机构的健康状态进行判断的过程

,。

1

GB/T33218—2025

34

.

损伤预测damageprediction

利用健康监测装备获得的应力振动等相关数据结合数据处理方法提取损伤特征参数构建预测

、,,,

模型对金属结构和传动机构的损伤趋势进行预测的过程

,。

35

.

健康管理平台healthmanagementplatform

集成了物联网云计算大数据技术等的综合性管理平台能够融合数据分析健康诊断损伤预测

、、,、、

等多种技术手段实现设备健康状态的全面监测诊断预测与管理

,、、。

36

.

健康监测系统healthmonitoringsystem

监测传感器健康监测装备和健康管理平台共同构成健康管理系统

、。

4方法概述

针对设备金属结构传动机构的关键特征参数采用光纤传感器进行精准采集并通过健康监测装

、,,

备的解调模块数据采集和传输模块确保数据准确实时传输至健康管理平台在平台上运用先进的

、、。,

数据处理方法深入分析数据随后利用算法和模型进行健康诊断同时通过预测模型提前预判设备损

,。,

伤情况为预防和维护提供科学依据实现设备的全面健康管理

,,。

5监测传感器

51通用要求

.

传感器选型应满足被监测设备对量程精度分辨率灵敏度频响特性测点数通道数工作温度

、、、、、、、

范围等要求全分布式传感系统还应有传感距离定位精度空间分辨率等指标要求

,、、。

52光纤应变传感器要求

.

光纤应变传感器的要求如下

:

应变监测应根据结构特点进行温度补偿消除温度串扰引起的测量偏差

a),,;

应具有量程灵敏度使用寿命等基本参数

b)、、;

静应变传感器量程应不小于预测最大值的倍倍动应变传感器量程宜不小于预测最大

c)1.5~2,

值的倍

2;

应能在待测设备的极限运行环境中工作不受外界环境干扰耐化学腐蚀抗冲击振动抗

d),、、、

疲劳

;

工作温度范围应根据设备自身运行工况及工作环境的温度确定

e);

传感器应有长期测量稳定性可重复性耐久性环境适应性等性能

f)、、、。

53光纤振动传感器要求

.

光纤振动传感器的要求如下

:

应具有灵敏度量程频率响应范围工作温度信号传输方式等基本参数

a)、、、、;

一般分为加速度型速度型位移型传感器振动监测应消除温度变化引起的测量偏差

b)、、,;

应能在各种环境中工作不受电磁干扰耐化学腐蚀抗冲击振动

c),、、;

量程应根据待测设备监测需求和工况条件选定

d);

工作温度范围应根据设备自身运行工况及工作环境的温度确定

e);

2

GB/T33218—2025

传感器应有长期测量稳定性可重复性耐久性环境适应性等性能

f)、、、。

6监测装备

61解调模块要求

.

解调系统应具有解调精度解调范围解调速度通道数接口电气特性机械特性防护标准等基

、、、、、、、

本参数应满足被监测设备及现场工作环境需求

,。

解调系统应具有数据显示存储查询功能具有外部通信和数据传输功能

、、,。

62数据采集模块要求

.

621一般要求

..

数据采集模块要求至少包括以下方面

:

数据采集硬件软件模块应保证及时获得数据采集硬件设备的耐久性和技术指标应符合相关

———、,

规范标准的要求

、;

数据采集设置应包括数据采集模式触发阈值频次和采样频率

———、、;

数据采集模块应满足在无人值守的情况下能够连续运行满足长期稳定工作的要求

———,;

应配备备用电源在其正常供电电源断电的情况下应保证能正常工作至少

———,,1h。

622数据采集硬件基本要求

..

数据采集硬件基本要求至少包括以下方面

。

数据采集终端与传感器之间应有明确的拓扑关系数据采集应根据设备的空间尺寸测点数量

———,、

和布置以及传感器类型等进行设计可选择集中式分布式或混合式等数据采集方法

,、。

数据采集终端应具有数字量或模拟量输入接口通信接口以及特征参数监测相关传感器接口

———、,

以实现对相关参数的采集并应具备与后续数据传输与管理的接口兼容

,。

数据采集终端应根据传感器输出信号类型匹配性兼容性采样频率精度和分辨率等要求进

———、、、、

行选型当同类或不同类数据需要做相关分析含模态分析时相关获取的数据应同步采集

。(),。

数据采集终端所收集的信号应进行信号调理和信噪分离提高数据采集质量

,,。

宜选择具有自校准功能的数据采集硬件对于无自校准功能的数据采集硬件应根据设备说明

———;

定期进行外校准

。

数据采集终端应具备抗干扰措施包括串模干扰抑制共模干扰抑制以及接地技术屏蔽技术

———,、、,

以提高信噪比

。

数据采集终端应具有接口实现对设备存储的历史数据输出功能并且对外接口应允许外部授

———,

权终端对数据采集终端存储的历史数据进行拷贝操作

。

数据采集终端应能存储不少于个连续工作日的运行状态参数应能存储不少于连续

———30,72h

的视频数据

。

623数据采集软件功能要求

..

数据采集软件功能要求至少包括以下方面

:

软件应能自动进行相关参数监测具有实时采集金属结构传动机构关键特征参数等数据的

———,、

功能

;

数据采集频率应根据被采集信号变化的周期确定最高采集频率宜不低于

———,50Hz;

软件允许授权的远程服务器远程数据分析软件读取被监测设备的运行参数或可主动向指定

———、

3

GB/T33218—2025

的远程分析存储设备发送被监测设备的运行参数

;

软件应具备监测原始数据实时记录显示存储及历史数据查询功能

———、、;

软件应具备故障自诊断功能通过软件自检程序对系统各部分功能进行验证当系统自身发生

———,,

故障且影响正常使用时应发出报警信号

,;

软件与健康管理平台之间的数据传输和存储应有安全策略如对数据进行加密对数据的远程

———,、

读取应有权限管理等

。

63数据传输模块要求

.

数据传输模块应结合健康监测装备对时延的要求综合选定满足以下要求

,。

数据传输模块应保证监测数据和指令在各模块之间实现实时可靠的不间断传输并支持断点

a),

续传

。

数据传输宜采用有线经验证后也可采用无线传输线路应采取必要的保护措施避免擗免电

b),。,

磁干扰

。

有线数据传输方式宜采用工业以太网等数字信号或光纤进行传输传输线缆衰减损失应小于

c),

1dB/30m。

无线传输方式宜选用等近距离远距离无线传输方式信号发

d)RFID、ZigBee、WLAN、4G、5G、。

射装置和接收装置应远离强电磁干扰源

。

数据传输软件应具备对数据进行分包处理和解包复原的功能宜以包为单位实施传输

e),。

数据传输模块应具有备份机制和良好的鲁棒性在某个传输线路发送故障时能保证数据完整

f),,

性和可靠性

。

7健康管理平台

71一般要求

.

健康管理平台主要实现实时接收各设备的健康监测装备采集的数据动态显示监测数据以及基于

,,

应力监测的结构健康诊断损伤预测和基于振动监测的机构健康诊断故障预测等健康管理功能

、、。

健康管理平台存储从健康监测装备收集到的实时数据和历史数据对其进行分析和处理并将处理

,,

及分析结果进行保存以便查询

。

健康管理平台宜根据不同的数据类型设计数据库数据库应具有数据维护和备份机制数据管理

,。

和存储宜选用成熟的商业数据库软件系统或应用较广的开源数据库软件系统

。

健康管理平台应具备标准化读取存储接口应能保证监测数据的安全结构化共享性以及对应用

、,、、

软件的便携友好支持

。

健康管理平台数据存储和管理宜在本地服务器上进行也可采用云存储和云管理技术

,。

应采取设定不同用户级别权限和密码以及网络防护等技术措施提高数据安全性

,。

健康管理平台应具备以下基本功能

:

设备金属机构传动机构相应的实时监测功能

a)、;

监测数据的存储管理及备份功能

b)、;

监测数据分析功能

c);

金属结构传动机构健康诊断功能

d)、;

金属结构传动机构损伤预测功能

e)、;

健康报告自动生成功能

f);

平台设置管理功能

g)。

4

GB/T33218—2025

72数据分析系统

.

721监测数据预处理

..

由于环境因素影响以及硬件设备自身稳定性的原因健康监测装备采集的监测数据时常会出现数

,

据异常包括数据缺失数据飘移长周干扰非一致异点跳点干扰噪声及其他难以快速识别和消除

,、、、()、

的数据异常等这些异常数据将严重影响监测数据分析结果的准确性因此在数据分析应用前需进行

,,,,

数据预处理包括异常数据识别错误数据剔除等由于数据量较大宜采用基于深度学习的方法进行

,、,,

处理

。

应能解析设备现场采集的各类监测数据并具备数据预处理异常处理二次处理特征值提取等

,、、、

功能

。

应能根据监测类别设置对应的数据处理方法并应对数据进行滤波特征提取转换与统计等处理

,、、。

722应力状态监测数据分析

..

应力状态监测数据分析步骤如下

:

剔除既不是峰值也不是谷值的数据点将时间历程记录转化为峰谷值序列

a),;

针对峰谷值序列采用双参数的雨流计数法进行循环计数提取和统计幅值和均值

b),。

对于个连续的峰谷值点PPPP只要符合图所示的种峰谷形式中的任意一种都可

41、2、3、4,17,

从中取出一个完整的循环令个连续的峰谷值点PPPP对应的值依次为VVVV则其

,41、2、3、41、2、3、4,

VVVV

幅值为|2-3|均值为(2+3)

,。

22

标引序号说明

:

PPPP个连续的峰谷值点

1、2、3、4———4。

图17种满足计数条件的峰谷值形式

将这种峰谷形式综合起来便能得到对于个连续峰谷值点PPPP图中从左至右进

7,41、2、3、4(1)

行雨流计数的判定条件见公式

,(1):

|V-V||V-V|且|V-V||V-V|

12≥2343≥23………………(1)

式中

:

VVVV个连续的峰谷值点PPPP对应的值

1、2、3、4———41、2、3、4。

根据均幅值矩阵见附录的表不同均幅值载荷下的疲劳寿命见表最终可得到不同均幅

AA.1,A.2,

值载荷下损伤值见表

A.3。

723振动状态监测数据分析

..

振动状态监测数据处理与分析方法应按照

GB/T19873.2。

73健康诊断系统

.

731基于应力数据的金属结构健康诊断

..

基于应力的健康诊断主要通过应力监测数据计算疲劳累积损伤进而对设备的健康状态进行诊

,,

5

GB/T33218—2025

断疲劳累积损伤的计算方法见附录的

。BB.1。

732基于振动数据的传动机构健康诊断

..

基于振动的健康诊断主要有时域指标法见频域诊断法和智能诊断法其中频域诊断法包括

B.2、。

但不限于快速傅里叶变换包络谱小波变换等智能诊断法包括但不限于支持向量机随机森林卷积

、、;、、

神经网络等

。

74损伤预测系统

.

741金属结构剩余寿命预测

..

金属结构剩余寿命预测按公式计算

(2)。

n-D

RUL=(1)

D…………(2)

式中

:

RUL设备结构剩余寿命单位为年

———,;

n设备已服役年限单位为年

———,;

D疲劳累积损伤度无量纲

———,。

742传动机构振动状态预测

..

振动状态预测方法流程应符合的要求在进行振动状态预测方法包括但不限于

GB/T23713.1。:

自回归模型自回归滑动平均模型自回归积分滑动平均模型等这类模型能够根据历史振动数据预测

、、,

未来振动状态的趋势机器学习和深度学习方法也可用于振动状态预测如长短时记忆网络循环神经

。,、

网络等这类模型通过大量历史数据学习振动数据的复杂模式并预测未来的振动状态

,,。

75健康报告系统

.

健康报告的内容应根据监测要求制定应至少包括以下要素

,:

设备基本信息包括设备类别型号配置编码识别码等

a)(、、、、);

设备说明书

b);

监测时的运行工况说明

c);

监测或采样的日期时间

d)、;

监测仪器类型传感器类型采集仪型号等

e)(、);

监测传感器位置和方位

f);

监测数据原始记录及数据处理结果

g);

设备金属结构母材材质

h);

设备金属结构的S-N曲线说明

i);

设备健康诊断结果

j);

设备损伤预测结果

k);

用户签名和有关资质授权签字