CN110987402B - 基于声音能量的球磨机工作状态检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，包括：设置方向性麦克风阵列，采集工作时球磨机转筒内介质球撞击衬板或物料的声音能量；比较各方向性麦克风阵元接收声音能量大小得出疑似介质球撞击衬板或物料的能量段；统计固定时间段内疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段频率，根据频率确定介质球撞击衬板或物料位置所对应方向性麦克风阵元编号；将介质球撞击衬板或物料位置所对应方向性麦克风阵元编号与球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落区域位置所对应方向性麦克风阵元编号进行比较，判断出球磨机当前工作状态，进行对应处理。该方法实现了非接触方式对球磨机进行检测，能实时全天候监听，节省人力,且判断处理过程较简单。

Description

基于声音能量的球磨机工作状态检测方法

技术领域

本发明涉及球磨机工作状态检测领域，尤其涉及一种基于声音能量的球磨机工作状态检测方法。

背景技术

在现有的球磨机设备工作环境中，为了提高生产的效率以及减少更换球磨机内壁衬板的成本，需要根据球磨机的工作状态，通过调节球磨机的转速来控制生产过程。图1至图3为球磨机的三种工作状态示意图，包括了研磨介质球(以下简称介质球)的起抛点和落点以及滑落物料形成的物料线。球磨机设备的工作状态按转速可以分为低转速状态、正常转速状态和高转速状态。企业希望球磨机设备总是处于正常转速状态，介质球主要撞击在物料上。当球磨机设备处于低转速状态时，介质球主要滚动在物料中，生产效率低。当球磨机设备处于高转速状态时，介质球主要撞击在衬板上，不仅研磨效率低，更重要的是会损坏衬板。球磨机工作过程中介质球撞击位置是确定球磨机工作状态的主要依据。球磨机设备转速越高，介质球就被带到越高处，介质球撞击点也会越高，产生的声信号就越强。目前国内生产中主要是通过工人监听介质球撞击位置的声信号来判断球磨机设备的工作状态，不仅消耗人力，而且不能达到全天候实时监控的效果。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，能解决现有通过人工监听方式判断球磨机的当前工作状态，存在准确性差，不仅消耗人力，而且不能达到全天候实时监控的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，包括：

在球磨机的转筒外部设置方向性麦克风阵列，通过所述方向性麦克风阵列采集所述球磨机工作时转筒内介质球撞击衬板或物料的声音能量；

通过比较所述方向性麦克风阵列的各方向性麦克风阵元接收的声音能量的大小得出疑似介质球撞击衬板或物料的能量段；

统计固定时间段内得到的疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段的频率，并根据所述频率确定介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号；

将确定的介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号与球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落区域的位置所对应的方向性麦克风阵元编号进行比较，判断得出所述球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，其有益效果为：

通过判断方向性麦克风阵列接收能量相对大小，确定介质球撞击衬板或物料所对应的方向性麦克风阵元编号，并与球磨机正常转速状态下对应的方向性麦克风阵元编号进行比较，从而判断球磨机的工作状态，进行对应的处理，进而实现了非接触方式对球磨机进行检测，能实现实时全天候监听，节省人力。并且，由于直接以固定时间段内的方向性麦克风阵元接收到的声音能量进行比较判断球磨机的工作状态，不需要采用较为复杂的对嘈杂噪声环境球磨机内的定位算法，判断的处理过程更简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为球磨机的低转速工作状态示意图；

图2为球磨机的正常转速工作状态示意图；

图3为球磨机的高转速工作状态示意图；

图4为本发明实施例提供的基于声音能量的球磨机工作状态检测方法流程图；

图5为本发明实施例提供的方法中方向性麦克风阵元的摆放方式一示意图；

图6为本发明实施例提供的方法中方向性麦克风阵元的摆放方式二示意图；

图7为本发明实施例提供的方法中转筒内撞击信号与方向性麦克风阵列接收信号模型及不同状态下工作区域及方向性麦克风阵元编号示意图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图4所示，本发明实施例提供一种基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，是一种能简单、快速、准确地检测球磨机的工作状态的方法，包括：

在球磨机的转筒外部设置方向性麦克风阵列，通过所述方向性麦克风阵列采集所述球磨机工作时转筒内介质球撞击衬板或物料的声音能量；

通过比较所述方向性麦克风阵列的各方向性麦克风阵元接收的声音能量的大小得出疑似介质球撞击衬板或物料的能量段；

统计固定时间段内得到的疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段的频率，并根据所述频率确定介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号；

将确定的介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号与球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落区域的位置所对应的方向性麦克风阵元编号进行比较，判断得出所述球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理。

上述检测方法中，在球磨机的转筒外部设置方向性麦克风阵列包括：

将方向性麦克风阵元设置在同一平面的弧形支架上形成弧形的方向性麦克风阵列，所述弧形的方向性麦克风阵列与所述球磨机的转筒横截面形成同心圆，该方向性麦克风阵列的各方向性麦克风阵元正面轴向垂直于所述球磨机的转筒表面。

上述检测方法中，在弧形支架上设置各方向性麦克风阵元时，以方向性麦克风阵列中最上端的方向性麦克风阵元作为参考点，用所述参考点与所述转筒的圆心的连线作为x轴，用在同一平面与x轴垂直的线作为y轴，通过确定的x轴和y轴形成的坐标系为参照，按以下方式设置所述方向性麦克风阵列的各方向性麦克风阵元，包括：

相邻方向性麦克风阵元所测角度的重叠角度为γ，0≤γ≤0.5，

其中，

表示相邻方向性麦克风阵元所测角度的重叠角度大小，

表示单个方向性麦克风阵元所测角度的大小。

上述检测方法中，通过所述方向性麦克风阵列采集所述球磨机工作时转筒内介质球撞击衬板或物料的声音能量中，所述方向性麦克风阵列的方向性麦克风阵元接收的信号为：x_i(t)＝s(t)+n_i(t),i＝1,2,…,N；

其中，x_i(t)为t时刻第i个方向性麦克风阵元接收到的时域信号；s(t)为介质球撞击衬板或物料的声音信号，当没有介质球撞击衬板或物料时s(t)＝0；n_i(t)为第i个方向性麦克风阵元接收的所有噪声；N为方向性麦克风阵元的总数；

方向性麦克风阵元的声音能量为：在球磨机开机并进入稳定的正常转速状态后，获取时长T分钟的第i个方向性麦克风阵元的采样数据，计算采样数据的能量作为初始声音能量：

1≤i≤N；

其中，

表示矢量2范数的平方，

为第i个方向性麦克风阵元接收到的长度为T分钟的离散数据；x_i(k)为第i个方向性麦克风阵元接收到的第k个时刻点的离散数据。

上述检测方法中，通过比较所述方向性麦克风阵列的各方向性麦克风阵元接收的声音能量的大小得出疑似介质球撞击衬板或物料的能量段包括：

将各个方向性麦克风阵元接收的声音能量E_i与球磨机正常转速的声音能量参考标准E_i0max和E_i0min进行比较：

其中，V_h表示球磨机处于高转速状态；V_n表示球磨机处于正常转速状态；E_i0max表示球磨机处于正常转速状态的最大转速下，T分钟内方向性麦克风阵元所接收的声音能量；E_i0min表示球磨机处于正常转速状态的最小转速下，T分钟内方向性麦克风阵元所接收的声音能量；E_i表示第i个方向性麦克风阵元实时获取球磨机工作后的声音数据，以累计接收T分钟为一个数据段，计算得到的该数据段的能量作为一段能量段；

根据上述比较准则，若判为V_h，则确认球磨机处于高转速状态，疑似介质球主要撞击衬板，此时E_i对应疑似介质球撞击衬板的能量段；若判为V_n，则确认球磨机处于正常转速状态，疑似介质球主要撞击物料，此时E_i对应疑似介质球撞击物料的能量段；否则判断球磨机处于低转速状态。

上述检测方法中，统计固定时间段内得到的疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段的频率的方式为：某段时间内的能量段共有N，这段时间内疑似介质球撞击衬板或物料对应的能量段数目为n，统计介质球撞击衬板或物料的频率为n/N。

上述检测方法中，统计固定时间段内得到的疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段的频率，并根据所述频率确定介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号包括：

累计接收包括m个数据段的mT分钟的数据，若mT分钟内疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段的频率大于等于常数α，0＜α≤1，则确认介质球撞击衬板或物料，并记录当前所对应的方向性麦克风阵元编号，上述过程表示为：

其中，X₁表示球磨机高转速状态下介质球撞击衬板所对应的方向性麦克风阵元编号的集合，{1,2,…,M}表示球磨机高转速状态下介质球撞击衬板时对应的方向性麦克风阵元编号；X₂表示球磨机正常转速状态下介质球撞击物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合，{M+1,M+2,…,N}表示球磨机正常转速状态下介质球撞击物料所对应的方向性麦克风阵元编号。

上述检测方法中，确定介质球撞击衬板或物料的方式为：

先判断P(V_h)≥α是否成立，若成立，令X＝X₁，此时判决结束；若不成立，对P(V_n)≥α进行判断，若成立，令X＝X₂，此时判决结束；若不成立，令

其中，

表示空集，X表示介质球撞击衬板或物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合。

所述方法中，将确定的介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号与球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落区域的位置所对应的方向性麦克风阵元编号进行比较，判断得出所述球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理包括：

预先确定球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落在的区域对应的方向性麦克风阵元编号为{M+1,M+2,…,N}；

将获取的介质球撞击衬板或物料对应的方向性麦克风阵元编号与球磨机处于正常转速状态下的方向性麦克风阵元编号进行比较，若介质球撞击衬板或物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合X中的方向性麦克风阵元编号小于M+1，即X中的方向性麦克风阵元编号为{1,2,…,M}，则确认球磨机处于高转速状态，报警和/或降低球磨机的转速；若介质球撞击衬板或物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合X中的方向性麦克风阵元编号均在{M+1,M+2,…,N}内，则确认球磨机处于正常转速状态，维持当前转速；若X中没有方向性麦克风阵元编号，即

则确认球磨机处于低转速状态，报警和/或提高球磨机的转速。

上述检测方法中，预先确定球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落在的区域对应的方向性麦克风阵元编号为{M+1,M+2,…,N}为根据实际生产过程中积累的先验知识确定。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

本发明实施例提供一种基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，如图4所示，该方法主要包括以下步骤：

步骤1、设置弧形的方向性麦克风阵列：

考虑球磨机的转筒是圆柱形的，介质球撞击衬板或物料产生的声信号通过转筒的外表面向空气中传播；方向性麦克风阵元安置在同一平面的弧形支架上，弧形的方向性麦克风阵列与转筒横截面形成同心圆，方向性麦克风阵列正面轴向垂直于转筒表面。不同的参考点只会影响坐标的位置，本发明以方向性麦克风阵列中最上端的方向性麦克风阵元作为参考点为例，以参考点与圆心的连线作为x轴，以在同一平面与x轴垂直的线作为y轴；为了不漏测介质球落在的区域，图5、6分别给出了两种不同的方向性麦克风阵元摆放方式。不同的摆放方式下，方向性麦克风阵元所测的角度的重叠度γ不同，一般来说0≤γ≤0.5；γ的定义如下：

其中，

表示相邻方向性麦克风阵元所测角度的重叠角度大小，

表示单个方向性麦克风阵元所测角度的大小，即表示在方向性麦克风阵元正面轴向

角度内的声信号被有效接收。这样相邻方向性麦克风阵元的间距以及方向性麦克风个数就确定了。

步骤2、利用方向性麦克风阵列采集球磨机工作时声音信号的能量信息；

本步骤的主要目的是挑选出有效、可用于判断介质球是否撞击衬板或物料的数据段，不仅节省了运算的时间，也提高了结果的准确度。

本发明实施例中，基于声音能量信息的数据挑选考虑了球磨机现场的工作状态和介质球撞击衬板或物料的信号段的特点。

如图7所示，为转筒内撞击信号与弧形方向性麦克风阵元接收信号模型示意图。

方向性麦克风阵元接收的信号如下：

x_i(t)＝s(t)+n_i(t),i＝1,2,…,N；

其中，x_i(t)为t时刻第i个方向性麦克风阵元接收到的时域信号，s(t)表示介质球撞击衬板或物料的信号；当没有介质球撞击衬板或物料时s(t)＝0，n_i(t)表示第i个方向性麦克风阵元接收的所有噪声(简称噪声)，N表示方向性麦克风阵元的个数。

对于第i个方向性麦克风阵元，在球磨机开机后并进入稳定的正常转速状态后，获取时间长度为T分钟的采样数据，计算采样数据的能量，作为初始的能量：

1≤i≤N；

其中，

表示矢量2范数的平方，

表示第i个方向性麦克风阵元接收到的长度为T分钟的离散数据，x_i(k)表示第i个方向性麦克风阵元接收到的第k个时刻点的离散数据。

本发明的目的是要实时获得球磨机工作时，内部介质球撞击衬板或物料的情况，进而实现工作状态的检测；因此首先要找出介质球撞击衬板或物料的信号，才能进行后续球磨机工作状态的判断。

步骤3、通过比较各个方向性麦克风阵元接收能量的大小挑选出疑似介质球撞击衬板或物料的能量段；

将各个方向性麦克风阵元接收的声音能量E_i与球磨机正常转速的声音能量参考标准E_i0max和E_i0min进行比较：

其中，V_h表示球磨机处于高转速状态；V_n表示球磨机处于正常转速状态；E_i0max表示球磨机处于正常转速状态的最大转速下，T分钟内方向性麦克风阵元所接收的声音能量；E_i0min表示球磨机处于正常转速状态的最小转速下，T分钟内方向性麦克风阵元所接收的声音能量；E_i表示第i个方向性麦克风阵元实时获取球磨机工作后的声音数据，以累计接收T分钟为一个数据段，计算得到的该数据段的能量作为一段能量段；

根据上述比较准则，若判为V_h，则确认球磨机处于高转速状态，疑似介质球主要撞击衬板，此时E_i对应疑似介质球撞击衬板的能量段；若判为V_n，则确认球磨机处于正常转速状态，疑似介质球主要撞击物料，此时E_i对应疑似介质球撞击物料的能量段；否则判断球磨机处于低转速状态。

步骤4、统计固定时间段内疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段的频率，并确定介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号；

累计接收包括m个数据段的mT分钟的数据，若mT分钟内疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段的频率大于等于常数α，0＜α≤1，则确认介质球撞击衬板或物料，并记录当前所对应的方向性麦克风阵元编号，上述过程表示为：

其中，X₁表示球磨机高转速状态下介质球撞击衬板所对应的方向性麦克风阵元编号的集合，{1,2,…,M}表示球磨机高转速状态下介质球撞击衬板时对应的方向性麦克风阵元编号；X₂表示球磨机正常转速状态下介质球撞击物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合，{M+1,M+2,…,N}表示球磨机正常转速状态下介质球撞击物料所对应的方向性麦克风阵元编号。

在实际应用中确定介质球撞击衬板或物料的具体的步骤如下：

首先，判断P(V_h)≥α是否成立，若成立，令X＝X₁，此时判决结束；若不成立，对P(V_n)≥α进行判断，若成立，令X＝X₂，此时判决结束；若不成立，令

其中，

表示空集，X表示介质球撞击衬板或物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合。

步骤5、将确定介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号与实际球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落区域的位置所对应的方向性麦克风阵元编号进行比较，从而判断球磨机的工作状态，并进行对应的处理；

根据实际生产过程中积累的先验知识，在球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落在的区域对应的方向性麦克风阵元编号为{M+1,M+2,…,N}；将获取的介质球撞击衬板或物料对应的方向性麦克风阵元编号与球磨机处于正常转速状态下的方向性麦克风阵元编号进行比较；若X中的方向性麦克风阵元编号小于M+1，即X中的方向性麦克风阵元编号为{1,2,…,M}，则判断球磨机处于高转速状态，此时需要报警和/或降低球磨机的转速；若X中的方向性麦克风阵元编号均在{M+1,M+2,…,N}内，则判断球磨机处于正常转速状态，此时只需要维持当前的转速即可；若X中没有方向性麦克风阵元编号，即

则判断球磨机处于低转速状态，此时需要报警和/或提高球磨机的转速。

上述的控制转速可以是通过设置的自控装置进行自动控制实现，报警可以根据工作状态的不同控制报警器通过光、声等形式向工人报警，提醒工人改变球磨机设备的转速使其处于正常转速状态。

通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。同时，为了能够更直观地了解球磨机的工作工作状态，可以在终端利用灯光来提醒操作人员。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，其特征在于，包括：

在球磨机的转筒外部设置方向性麦克风阵列，通过所述方向性麦克风阵列采集所述球磨机工作时转筒内介质球撞击衬板或物料的声音能量；

通过比较所述方向性麦克风阵列的各方向性麦克风阵元接收的声音能量的大小得出疑似介质球撞击衬板或物料的能量段；

统计固定时间段内得到的疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段的频率，并根据所述频率确定介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号，包括：累计接收包括m个数据段的mT分钟的数据，若mT分钟内疑似介质球撞击衬板或物料对应能量段的频率大于等于常数α，0＜α≤1，则确认介质球撞击衬板或物料，并记录当前所对应的方向性麦克风阵元编号，上述过程表示为：

其中，X₁表示球磨机高转速状态下介质球撞击衬板所对应的方向性麦克风阵元编号的集合，{1,2,…,M}表示球磨机高转速状态下介质球撞击衬板时对应的方向性麦克风阵元编号；X₂表示球磨机正常转速状态下介质球撞击物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合，{M+1,M+2,…,N}表示球磨机正常转速状态下介质球撞击物料所对应的方向性麦克风阵元编号；

将确定的介质球撞击衬板或物料的位置所对应的方向性麦克风阵元编号与球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落区域的位置所对应的方向性麦克风阵元编号进行比较，判断得出所述球磨机的当前工作状态，并在当前工作状态为非正常工作状态时进行相应的处理，包括：预先确定球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落在的区域对应的方向性麦克风阵元编号为{M+1,M+2,…,N}；

将获取的介质球撞击衬板或物料对应的方向性麦克风阵元编号与球磨机处于正常转速状态下的方向性麦克风阵元编号进行比较，若介质球撞击衬板或物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合X中的方向性麦克风阵元编号小于M+1，即X中的方向性麦克风阵元编号为{1,2,…,M}，则确认球磨机处于高转速状态，报警和/或降低球磨机的转速；若介质球撞击衬板或物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合X中的方向性麦克风阵元编号均在{M+1,M+2,…,N}内，则确认球磨机处于正常转速状态，维持当前转速；若X中没有方向性麦克风阵元编号，即

则确认球磨机处于低转速状态，报警和/或提高球磨机的转速。

2.根据权利要求1所述的基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，其特征在于，所述方法中，在球磨机的转筒外部设置方向性麦克风阵列包括：

将方向性麦克风阵元设置在同一平面的弧形支架上形成弧形的方向性麦克风阵列，所述弧形的方向性麦克风阵列与所述球磨机的转筒横截面形成同心圆，该方向性麦克风阵列的各方向性麦克风阵元正面轴向垂直于所述球磨机的转筒表面。

3.根据权利要求2所述的基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，其特征在于，所述方法中，在弧形支架上设置各方向性麦克风阵元时，以方向性麦克风阵列中最上端的方向性麦克风阵元作为参考点，用所述参考点与所述转筒的圆心的连线作为x轴，用在同一平面与x轴垂直的线作为y轴，通过确定的x轴和y轴形成的坐标系为参照，按以下方式设置所述方向性麦克风阵列的各方向性麦克风阵元，包括：

相邻方向性麦克风阵元所测角度的重叠角度为γ，0≤γ≤0.5，

其中，

表示相邻方向性麦克风阵元所测角度的重叠角度大小，

表示单个方向性麦克风阵元所测角度的大小。

4.根据权利要求1至3任一项所述的基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，其特征在于，所述方法的通过所述方向性麦克风阵列采集所述球磨机工作时转筒内介质球撞击衬板或物料的声音能量中，所述方向性麦克风阵列的方向性麦克风阵元接收的信号为：x_i(t)＝s(t)+n_i(t),i＝1,2,…,N；

其中，x_i(t)为t时刻第i个方向性麦克风阵元接收到的时域信号；s(t)为介质球撞击衬板或物料的声音信号，当没有介质球撞击衬板或物料时s(t)＝0；n_i(t)为第i个方向性麦克风阵元接收的所有噪声；N为方向性麦克风阵元的总数；

方向性麦克风阵元的声音能量为：在球磨机开机并进入稳定的正常转速状态后，获取时长T分钟的第i个方向性麦克风阵元的采样数据，计算采样数据的能量作为初始声音能量：

其中，

表示矢量2范数的平方，

为第i个方向性麦克风阵元接收到的长度为T分钟的离散数据；x_i(k)为第i个方向性麦克风阵元接收到的第k个时刻点的离散数据。

5.根据权利要求1至3任一项所述的基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，其特征在于，所述方法中，通过比较所述方向性麦克风阵列的各方向性麦克风阵元接收的声音能量的大小得出疑似介质球撞击衬板或物料的能量段包括：

将各个方向性麦克风阵元接收的声音能量E_i与球磨机正常转速的声音能量参考标准E_i0max和E_i0min进行比较：

其中，V_h表示球磨机处于高转速状态；V_n表示球磨机处于正常转速状态；E_i0max表示球磨机处于正常转速状态的最大转速下，T分钟内方向性麦克风阵元所接收的声音能量；E_i0min表示球磨机处于正常转速状态的最小转速下，T分钟内方向性麦克风阵元所接收的声音能量；E_i表示第i个方向性麦克风阵元实时获取球磨机工作后的声音数据，以累计接收T分钟为一个数据段，计算得到的该数据段的能量作为一段能量段；

根据上述比较准则，若判为V_h，则确认球磨机处于高转速状态，疑似介质球主要撞击衬板，此时E_i对应疑似介质球撞击衬板的能量段；若判为V_n，则确认球磨机处于正常转速状态，疑似介质球主要撞击物料，此时E_i对应疑似介质球撞击物料的能量段；否则判断球磨机处于低转速状态。

6.根据权利要求1所述的基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，其特征在于，所述方法中，确定介质球撞击衬板或物料的方式为：

先判断P(V_h)≥α是否成立，若成立，令X＝X₁，此时判决结束；若不成立，对P(V_n)≥α进行判断，若成立，令X＝X₂，此时判决结束；若不成立，令

其中，

表示空集，X表示介质球撞击衬板或物料所对应的方向性麦克风阵元编号的集合。

7.根据权利要求1所述的基于声音能量的球磨机工作状态检测方法，其特征在于，所述方法中，预先确定球磨机处于正常转速状态下希望介质球所落在的区域对应的方向性麦克风阵元编号为{M+1,M+2,…,N}为根据实际生产过程中积累的先验知识确定。

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