本發(fā)明屬于傳聲器陣列測量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種基于聲像監(jiān)測的機(jī)械設(shè)備故障自動識別方法。
背景技術(shù)：
聲相儀，又名聲學(xué)照相機(jī)，是利用傳聲器陣列測量一定范圍內(nèi)的聲場分布的專用設(shè)備，可用于測量物體發(fā)出的聲音的位置和聲音輻射的狀態(tài)，并用云圖方式顯示出直觀的圖像，即聲成像測量。
聲成像(acoustic imaging)是基于傳聲器陣列測量技術(shù)，通過測量一定空間內(nèi)的聲波到達(dá)各傳聲器的信號相位差異，依據(jù)相控陣原理確定聲源的位置，測量聲源的幅值，并以圖像的方式顯示聲源在空間的分布，即取得空間聲場分布云圖－聲像圖，其中以圖像的顏色和亮度代表聲音的強(qiáng)弱。將聲像圖與陣列上配裝的攝像實所拍的視頻圖像以透明的方式疊合在一起，就形成了可實時直觀分析被測物聲場的噪聲源情況。這種利用聲學(xué)、電子學(xué)和信息處理等技術(shù)，將聲音變換成人眼可見的圖像的技術(shù)可以幫助人們直觀地認(rèn)識聲場、聲波、聲源，便捷地了解機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生噪聲的部位和原因，反應(yīng)其當(dāng)前所處的聲場狀態(tài)。
傳聲器陣列聲成像測量系統(tǒng)應(yīng)用到機(jī)械設(shè)備故障監(jiān)測時，在結(jié)合人工干預(yù)決策的條件下，能夠從多個噪聲源同時存在的情況下發(fā)現(xiàn)故障噪聲源，并識別聲學(xué)故障類型，這是聲成像測量系統(tǒng)的優(yōu)勢。但是目前聲成像測量系統(tǒng)還不能完全實現(xiàn)自動識別各種聲學(xué)故障，主要原因是不同機(jī)械設(shè)備的聲學(xué)故障成因千差萬別，自動識別故障是一個技術(shù)難題。目前，聲成像故障檢測系統(tǒng)都不具備自動識別故障的功能，需要人工長期值守，進(jìn)而影響了聲成像故障檢測系統(tǒng)的推廣應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于聲像監(jiān)測的設(shè)備故障自動識別方法，能夠?qū)崿F(xiàn)聲成像故障檢測系統(tǒng)自動監(jiān)測機(jī)械設(shè)備故障的功能。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種基于聲像監(jiān)測的機(jī)械設(shè)備故障自動識別方法，該方法在機(jī)械設(shè)備連續(xù)正常穩(wěn)定工作的條件下，分別建立線譜識別庫和故障聲像識別庫；對聲像儀實時采集的機(jī)械設(shè)備的噪聲信號的實測線譜在線譜識別庫 進(jìn)行識別，如果識別成功，輸出線譜故障指數(shù)，否則判斷此線譜為異常線譜，計算異常線譜的聲像圖并在故障聲像識別庫進(jìn)行識別，如果識別成功，輸出聲像綜合故障指數(shù)和設(shè)備故障預(yù)案，否則，診斷異常線譜對應(yīng)的設(shè)備故障預(yù)案，將異常線譜、異常線譜的聲像圖及其對應(yīng)的設(shè)備故障預(yù)案添加到故障聲像識別庫中。
所述方法進(jìn)一步包括：
步驟1)聲像儀監(jiān)測機(jī)械設(shè)備，實時采集機(jī)械設(shè)備的噪聲信號；將所述噪聲信號的頻譜進(jìn)行譜平滑，得到實測線譜；
步驟2)將所述實測線譜在機(jī)械設(shè)備線譜識別庫中進(jìn)行識別，計算所述實測線譜與機(jī)械設(shè)備線譜識別庫中每個線譜的不重疊率的最小值，作為線譜故障指數(shù)；當(dāng)線譜故障指數(shù)小于1時，線譜匹配成功，輸出線譜故障指數(shù)；否則，判斷此線譜為異常線譜，轉(zhuǎn)入步驟3)；
所述機(jī)械設(shè)備線譜識別庫包括機(jī)械設(shè)備噪聲頻譜對應(yīng)的線譜；
步驟3)統(tǒng)計所述異常線譜的出現(xiàn)次數(shù)N；判斷N是否大于閾值N0，如果判斷結(jié)果是肯定的，進(jìn)入步驟4)；否則，轉(zhuǎn)入步驟6)；
所述閾值N0通過經(jīng)驗和統(tǒng)計規(guī)律優(yōu)選獲得；
步驟4)計算異常線譜的聲像圖，在機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫進(jìn)行識別，如果識別成功；輸出聲像綜合故障指數(shù)和設(shè)備故障預(yù)案；否則，轉(zhuǎn)入步驟5)；
所述機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫包括機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障對應(yīng)的聲像圖；所述聲像綜合故障指數(shù)是所述異常線譜的聲像圖與識別出的聲像圖的類間距離；
步驟5)診斷異常線譜對應(yīng)的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)案，將異常線譜、異常線譜的聲像圖及其對應(yīng)的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)案添加到所述機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫中；
步驟6)計算異常線譜的聲像，在所述機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫中識別異常線譜聲像，如果識別成功，輸出聲像綜合故障指數(shù)和設(shè)備故障預(yù)案；否則，轉(zhuǎn)入步驟7)；
所述機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫包括機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障對應(yīng)的聲像圖；
步驟7)診斷異常線譜對應(yīng)的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)案，將異常線譜、異常線譜的聲像圖及其對應(yīng)的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)案添加到所述機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫中。
上述技術(shù)方案中，在所述步驟1)之前，在機(jī)械設(shè)備在正常穩(wěn)定工作條件下，建立機(jī)械設(shè)備線譜識別庫、機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫和機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫；具體包括：
建立機(jī)械設(shè)備線譜識別庫：機(jī)械設(shè)備在正常穩(wěn)定工作時，測量機(jī)械設(shè)備噪聲的頻譜，采用譜平滑技術(shù)得到精密頻譜，并識別出每一條線譜；以頻率點為標(biāo)記，將其線譜列表依次存入所述機(jī)械設(shè)備線譜識別庫；
建立機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫：機(jī)械設(shè)備正常穩(wěn)定工作時，聲相儀從低頻到高頻，選擇信噪比大于5dB的線譜，針對每條線譜，將聲像動態(tài)范圍調(diào)節(jié)到3dB，采用聲像平滑技術(shù)得到穩(wěn)態(tài)聲像圖，并對聲像的強(qiáng)度、面積、頻率進(jìn)行5次平滑處理，以線譜為標(biāo)記，將穩(wěn)態(tài)聲像圖和對應(yīng)的故障預(yù)案依次存入所述機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫；
建立機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫：對幅度超出3dB的異常線譜計算聲像圖，以線譜為標(biāo)記，將其聲像圖和對應(yīng)的故障預(yù)案依次存入所述機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫。
上述技術(shù)方案中，所述閾值N0的取值為10。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：在采用本發(fā)明的設(shè)備故障自動識別方法后，聲成像故障檢測系統(tǒng)可以在任何復(fù)雜聲場的條件下使用，并可以連續(xù)不間斷地實現(xiàn)自動報警和故障提醒功能。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的基于聲像監(jiān)測的機(jī)械設(shè)備故障自動識別方法的流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
如圖1所示，一種基于聲像監(jiān)測的機(jī)械設(shè)備故障自動識別方法，所述方法包括：
步驟1)聲像儀監(jiān)測機(jī)械設(shè)備，實時采集機(jī)械設(shè)備的噪聲信號；將所述噪聲信號的頻譜進(jìn)行譜平滑，得到實測線譜；
在所述步驟1)之前，在機(jī)械設(shè)備在正常穩(wěn)定工作條件下，建立機(jī)械設(shè)備線譜識別庫、機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫和機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫；具體包括：
建立機(jī)械設(shè)備線譜識別庫：機(jī)械設(shè)備在正常穩(wěn)定工作時，測量機(jī)械設(shè)備噪聲的頻譜，采用譜平滑技術(shù)得到精密頻譜，并識別出每一條線譜；以頻率點為標(biāo)記，將其線譜列表依次存入所述機(jī)械設(shè)備線譜識別庫；
建立機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫：機(jī)械設(shè)備正常穩(wěn)定工作時，聲相儀從低頻到高頻，選擇信噪比大于5dB的線譜，針對每條線譜，將聲像動態(tài)范圍調(diào)節(jié)到3dB，采用聲像平滑技術(shù)得到穩(wěn)態(tài)聲像圖，并對聲像的強(qiáng)度、面積、頻率進(jìn)行5次平滑處理，以線譜為標(biāo)記，將穩(wěn)態(tài)聲像圖和對應(yīng)的故障預(yù)案依次存入所述機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫；
建立機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫：對幅度超出3dB的異常線譜計算聲像圖，以線譜為標(biāo)記，將其聲像圖和對應(yīng)的故障預(yù)案依次存入所述機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫。
步驟2)將所述實測線譜在機(jī)械設(shè)備線譜識別庫中進(jìn)行識別，計算所述實測線譜與機(jī)械設(shè)備線譜識別庫中每個線譜的不重疊率的最小值，作為線譜故障指數(shù)；當(dāng)線譜故障指數(shù)小于1時，線譜匹配成功，輸出線譜故障指數(shù)；否則，判斷此線譜為異常線譜，轉(zhuǎn)入步驟3)；
步驟3)統(tǒng)計所述異常線譜的出現(xiàn)次數(shù)N；判斷N是否大于閾值N0，如果判斷結(jié)果是肯定的，進(jìn)入步驟4)；否則，轉(zhuǎn)入步驟6)；
所述閾值N0通過經(jīng)驗和統(tǒng)計規(guī)律優(yōu)選獲得；優(yōu)選的，N0＝10；
步驟4)計算異常線譜的聲像圖，在機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫進(jìn)行識別，如果識別成功；輸出聲像綜合故障指數(shù)和設(shè)備故障預(yù)案；否則，轉(zhuǎn)入步驟5)；
所述聲像綜合故障指數(shù)是異常線譜的聲像圖與識別出的聲像圖的類間距離；
步驟5)診斷異常線譜對應(yīng)的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)案，將異常線譜、異常線譜的聲像圖及其對應(yīng)的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)案添加到所述機(jī)械設(shè)備穩(wěn)態(tài)故障聲像庫中；
步驟6)計算異常線譜的聲像，在所述機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫中識別異常線譜聲像，如果識別成功，輸出聲像綜合故障指數(shù)和設(shè)備故障預(yù)案；否則，轉(zhuǎn)入步驟7)；
步驟7)診斷異常線譜對應(yīng)的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)案，將異常線譜、異常線譜的聲像圖及其對應(yīng)的機(jī)械設(shè)備故障預(yù)案添加到所述機(jī)械設(shè)備瞬態(tài)故障聲像庫中。
需要強(qiáng)調(diào)的是，以上所述的具體實施例對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及有益效果進(jìn)行了詳細(xì)的說明。所應(yīng)理解的是，上述內(nèi)容僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。凡在本發(fā)明的精神與原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換以及改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。