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预测电器寿命的传感器
发表于:2020-03-23 15:30 分享至:

从外表来看,“斯潘塞”号上的主发动机似乎一切正常。但是,经过最新研制的探测器扫描后,这台装备在美国海岸警卫队缉私艇上的发动机却暴露了它的问题:一组用来预热设备的加热器已经坏了。当船员们打开加热器的金属外壳后,发现了被腐蚀的电线,电线上还冒着烟。

出问题的不止是加热器,“发动机的绝缘层已经有磨损和破裂的迹象,这很容易引发火灾,”麻省理工学院的斯蒂文·利布(Steven Leeb)教授说。今年三月,利布在电气与电子工程师协会旗下的《工业信息学会刊》(Transactions on Industrial Informatics)上发表有关这套探测器的最新研究。利布说,“我们的电力探测器有能力探测设备在一年以内的连续变化,并且预估它可能出现严重故障的时间。”

这套探测仪之所以如此厉害,全靠一种叫做“非干预式负荷监测”(NILM)的先进技术。无论是在船舶或者建筑物中,大量设备常常是由单电源集中供电的,每台设备都会在通电后发生独特的变化,只要把非干预式负荷监测传感器安装在电网中任意一点,就能够提取这些设备独一无二的“指纹”。基于这些信息,工程师可以判断对应设备的损耗情况。尽管非干预式负荷监测技术在上世纪80年代左右就已经问世,但在近几年才在智能电表上投入使用。

在海岸警卫队的缉私艇上,配套的探测系统会现处理非干预式负荷监测的数据,然后反馈到随舰安装的仪表板上。戴维·欧文(David Irwin, 并未参与这项研究)是马萨诸塞大学阿默斯特分校电气及计算机工程系的助理教授,他称赞说,“这些研究人员做出了一套非常实用的工具。”欧文还说,关于非干预式负荷监测技术的学术研究非常深奥,利布教授的团队能进一步聚焦社会的实际需求,成功将一种传感器投入商业应用,非常了不起。

还有一种类似的控制面板,能在设备出现问题时及时提醒管理者。这类设备在工业生产和军事设施中都可以发挥重要的作用。利布教授说:“当发生故障时,诊断工作非常依赖监测到的信息,而监测信息也能预测设备可能发生故障的时间。”由于及时发现了“斯潘塞”号的引擎有部件损坏的问题,海岸警卫队可以在舰船停靠时及时对设备进行整修和更换。

“大家都不喜欢有东西损坏,”利布教授说。无论是在巡逻艇,或者精炼厂、化工生产、建筑业中,设备损坏都有牵一发而动全身的影响。一个部件出问题往往会拖累整套设备,出现破桶效应,造成大范围的严重后果。