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专利名称：基于小波熵的mems陀螺故障检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明属于信号处理的技术领域，具体涉及一种具体涉及一种基于小波熵的微机电MEMS陀螺的故障检测系统。
背景技术：
MEMS (Micro-Electro Mechanical System)陀螺是随着微电子和微机械加工技术的发展而研制出的一类新型角速率传感器，具有体积小，重量轻以及成本低，可靠性高，易于批量生产等传统陀螺无法比拟的优点。随着MEMS技术的飞速发展，其故障检测技术也一直备受关注。MEMS陀螺用于敏感模拟坐标系相对理想坐标系的偏角或角速度，是各类惯性系统中的核心部件。由于陀螺的广阔应用前景，国内外都对MEMS陀螺进行了大量的研究工作，但在MEMS陀螺的故障检测方面,迄今尚未有稳定可靠的产品。据故障检测所依据的信息源，故障检测技术一般可分为:来自传感器本身的检测和对传感器设置的滤波器信息进行检测。前者是内置检验具有在最低的级别上实现检测和隔离故障的优点；后者检测计算方法比较复杂，但是由于基于系统的统计学特性，因此更为敏感。现在大多MEMS陀螺的产品都是直接对陀螺的输出数据进行一些滤波处理，这种方法对精度的提高并不大，可靠性也不高。

发明内容
本发明要解决的技术问题是MEMS陀螺产品检测时可靠性不高、精度不高，提供一种精度高、可靠性好的基于小波熵的MEMS陀螺故障检测系统，还介绍了该检测系统的检测方法，解决了现有检测方法敏感度低或是计算方法复杂的问题。本发明的技术方案是以下述方式实现的:一种基于小波熵的MEMS陀螺故障检测系统，包括直流稳压电源模块，用于向MEMS陀螺供电；MEMS陀螺模块,用于测量运动载体的运动信息；运动载体模块，通过测试夹具固定MEMS陀螺；数据采集模块，用于采集MEMS陀螺的信号，并传输至小波多尺度分析模块；小波多尺度分析模块，接收数据采集模块的信息，并将MEMS陀螺的信号进行多尺度小波分解后传输至小波熵故障检测模块；小波熵故障检测模块，接收小波多尺度分析模块的信息，检测MEMS陀螺的信号，把检测正常的信号输至小波多尺度重构模块，把检测故障的信号传输至MEMS陀螺模块，使得MEMS陀螺模块重置；小波多尺度重构模块，接收小波熵波故障检测模块的信息之后将该信息重构到原始尺度上，并传输至数据输出模块；数据输出模块，接收小波多尺度重构模块的输出信号，并输出经过故障检测和隔离后的数据。一种基于小波熵的MEMS陀螺故障检测方法，是按照下述步骤进行的:MEMS陀螺模块测量运动载体模块的状态，把测量信息传递给数据采集模块；数据采集模块把采集到的信息输送至小波多尺度分析模块；小波多尺度分析模块对MEMS陀螺的信号进行小波多尺度分析，然后将分析结果传输至小波熵故障检测模块；小波熵故障检测模块接收小波多尺度分析的数据之后计算小波熵，并用小波熵对多尺度上的信号进行故障检测，若检测结果为故障，则将该标志返回重置MEMS陀螺模块的工作状态，若检测结果为正常，则将检测后的信号传递给多尺度重构模块；多尺度重构模块将小波熵故障检测模块得到的正常信号进行小波多尺度重构后传输给数据输出模块，数据输出模块将多尺度重构模块的输出信息转换形式后输出。与 现有的故障检测系统和检测方法相比，本发明具有下述优点:1、小波多尺度分析可以有效检测出信号的发展趋势，利用统计学上的熵值理论在信号的多尺度上对故障进行检测和处理，即对MEMS陀螺的数据源进行多层故障检测，以保证系统的可靠性和准确性。2、基于小波熵的MEMS陀螺故障检测系统性能稳定、工作可靠、体积小、性价比高，可以为各种载体设备提供准确的故障检测。


图1是本发明的原理框图。图2是本发明中小波尺度分析流程图。图3是本发明中小波重构流程图。
具体实施例方式如图1所示，一种基于小波熵的MEMS陀螺故障检测系统，包括直流稳压电源模块I，用于向MEMS陀螺供电；MEMS陀螺模块2,用于测量运动载体的运动信息；运动载体模块3，通过测试夹具固定MEMS陀螺；数据采集模块4，用于采集MEMS陀螺的信号，并传输至小波多尺度分析模块5 ;小波多尺度分析模块5，接收数据采集模块4的信息，并将MEMS陀螺的信号进行多尺度小波分解后传输至小波熵故障检测模块6 ;小波熵故障检测模块6，接收小波多尺度分析模块5的信息，检测MEMS陀螺的信号，把检测正常的信号输至小波多尺度重构模块7，把检测故障的信号传输至MEMS陀螺模块2，使得MEMS陀螺模块2重置；小波多尺度重构模块7，接收小波熵波故障检测模块6的信息之后将该信息重构到原始尺度上，并传输至数据输出模块8;数据输出模块8，接收小波多尺度重构模块7的输出信号，并输出经过故障检测和隔离后的数据。本发明所述的基于小波熵的MEMS陀螺故障检测方法，是按照下述步骤进行的:
1.MEMS陀螺模块2测量运动载体模块3的状态，把测量信息传递给数据采集模块4 ；数据采集模块4把采集到的信息输送至小波多尺度分析模块5，小波多尺度分析模块5对MEMS陀螺的信号进行小波多尺度分析，然后将分析结果传输至小波熵故障检测模块6。小波多尺度分析模块5对MEMS陀螺的信号进行小波多尺度分析，分析的流程如图2所示，具体按照以下过程实施:
在尺度z +1上，对于输入陀螺的信号序列X(i +1^) G RmlXk e Z),其离散小波变
换的分析形式如下述公式:
权利要求
1.一种基于小波熵的MEMS陀螺故障检测系统,其特征在于:包括直流稳压电源模块(1)，用于向MEMS陀螺供电； MEMS陀螺模块(2 )，用于测量运动载体的运动信息； 运动载体模块(3)，通过测试夹具固定MEMS陀螺； 数据采集模块(4)，用于采集MEMS陀螺的信号，并传输至小波多尺度分析模块(5)；小波多尺度分析模块(5)，接收数据采集模块(4)的信息，并将MEMS陀螺的信号进行多尺度小波分解后传输至小波熵故障检测模块(6); 小波熵故障检测模块(6)，接收小波多尺度分析模块(5)的信息，检测MEMS陀螺的信号，把检测正常的信号输至小波多尺度重构模块(7)，把检测故障的信号传输至MEMS陀螺模块(2 )，使得MEMS陀螺模块(2 )重置； 小波多尺度重构模块(7)，接收小波熵波故障检测模块(6)的信息之后将该信息重构到原始尺度上，并传输至数据输出模块(8)； 数据输出模块(8)，接收小波多尺度重构模块(7)的输出信号，并输出经过故障检测和隔离后的数据。
2.一种基于小波熵的MEMS陀螺故障检测方法，其特征在于是按照下述步骤进行的:MEMS陀螺模块(2)测量运动载体模块(3)的状态，把测量信息传递给数据采集模块(4);数据采集模块(4)把采集到的信息输送至小波多尺度分析模块(5);小波多尺度分析模块(5)对MEMS陀螺的信号进行小波多尺度分析，然后将分析结果传输至小波熵故障检测模块(6);小波熵故障检测模块(6)接收小波多尺度分析的数据之后计算小波熵，并用小波熵对多尺度上的信号进行故障检测，若检测结果为故障，则将该标志返回重置MEMS陀螺模块(2)的工作状态，若检测结果为正常，则将检测后的信号传递给多尺度重构模块(7);多尺度重构模块(7)将小波熵故障检测模块(6)得到的正常信号进行小波多尺度重构后传输给数据输出模块(8)，数据输出模块(8)将多尺度重构模块(7)的输出信息转换形式后输出。
全文摘要
本发明公开一种基于小波熵的MEMS陀螺故障检测系统，所述装置包括直流稳压电源模块、MEMS陀螺模块、运动载体模块、数据采集模块、小波多尺度分析模块、小波熵故障检测模块、小波多尺度重构模块和数据输出模块。本发明可以保证系统的可靠性和准确性。基于小波熵的MEMS陀螺故障检测系统性能稳定、工作可靠、体积小、性价比高，可以为各种载体设备提供准确的故障检测。
文档编号G01C25/00GK103162710SQ20111042034
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者任亚飞, 葛运旺, 白旭灿 申请人:洛阳理工学院