CN112781721B - 一种移动巡检平台的智能噪声采集方法及智能噪声采集装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于移动巡检平台的智能噪声采集装置，首先使用两个全向噪声传感器拾取并输出噪声信号，利用两个全向噪声传感器接收到声波的相位之间的差异对声波进行过滤，能最大限度将环境背景声音清除掉，只剩下需要的声波。再使用两个定向噪声传感器拾取噪声信号，判断噪声是否来自目标声源，对非目标声源的噪声信号进一步屏蔽的剔除，留下目标设备的噪声信号。在巡检平台上采用这种智能噪声采集传感器，能够在嘈杂的环境下，更简单更快捷的区分监测设备的噪声信号，易于提取噪声特征，及时发现异常噪声信号，诊断噪声类别。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备噪声监测技术领域，尤其涉及一种用于移动巡检平台的智能噪声采集装置。
背景技术
大型旋转设备的异常噪声监测分析，本质上是对机组各运行工况异常噪声来源检测、识别和分类。噪声是设备运行时能量泄露的特征之一，流体力振动、机械振动和电磁振动都产生不同特性的运行噪声，当出现故障时，相应部位就会产生异常的噪声分布。及时准确的发现异常噪声源，准确识别这些噪声的特征，是大型旋转设备故障诊断的必要手段。
旋转设备运行中，机械噪声蕴含着丰富的机器状态信息，当设备状态发生改变时，其噪声特征也随之发生改变。通过采集设备的噪声信号可以及时发现设备的异常状态。但实际工业现场是一个复杂的噪声耦合系统，监测到的信号往往是这些噪声的混合体。通过对正常设备正常运行时噪声信号的时域、频域或者时频域的空间分析，提取出各种有效的健康特征样本，作为设备的健康运行状态的精确描述，当异常噪声发生时，能够及时发现定位声源，并及时预测故障的可能性和发展趋势，为故障诊断和处理提供依据，掌握设备运行过程中的性能状态，评估、预测设备的稳定性和可靠性。
准确的提取噪声的状态特征是提高监测准确性的保证。采用简单的噪声采集监测方法无法满足提取目标噪声特征的要求。采用复杂的大型声音采集阵列，又无法应用在移动平台上。
当运行设备某个部位出现异常时,通常会以周期性的突变脉冲噪声声音信号表征,异常噪声信号为周期性连续脉冲信号,其形式如附图 3所示。
此时噪声采集传感器得到的声压信号公式为:
如何在移动平台便捷的判断声源和提取噪声信号特征成为关键技术门槛。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于巡检平台的智能噪声采集装置及使用方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种智能噪声采集装置，包括：
噪声采集传感器，用于监测设备的异常噪声信号并发送异常噪声信号；
信号采集处理器，用于接收噪声采集传感器发送的异常噪声信号、并解析异常噪声信号；
通信装置，用于通信连接噪声采集传感器、信号采集处理器和外部服务器。优选的，通信装置通过数据线和通信接口组成的有线通信装置，采用无线通信的方式与服务器进行通信，方便解决，传输速度快。
具体的，所述信号采集传感器包括壳体、至少两个全向噪声传感器和至少两个定向噪声传感器，所述全向噪声传感器和定向噪声传感器设于壳体的前端，所述壳体的后端由壳体内引出数据线。
具体的，所述信号采集传感器包括两个全向噪声传感器和两个定向噪声传感器。
具体的，两个全向噪声传感器和两个定向噪声传感器为十字分布，靠近壳体的左、右两端为定向噪声传感器，靠近壳体的上、下两端为全向噪声传感器。
具体的，所述信号采集处理器内设有至少一个采集卡，所述采集卡通过通信电缆与全向噪声传感器、定向噪声采集传感器阵列连接，所述信号采集处理器内还内集成有噪声的时域及频域分析算法模块。
本发明所用于的一种移动巡检平台，包括巡检平台本体上安装有如权利要求4所述的一种智能噪声采集装置，巡检平台本体内置有巡检系统，所述巡检系统与智能采集装置数据传递连接。
具体的，所述巡检平台本体可以为巡检机器人。
所述的智能采集装置在一种移动巡检平台的使用方法，包括：
移动巡检平台在设备之间进行移动、巡检，巡检系统将巡检位置信息发送给智能噪声采集装置，智能噪声采集装置判断发出异常噪声的设备对象；
全向噪声传感器拾取噪声信号，利用两个全向噪声传感器接收到声波的相位之间的差异对声波进行过滤，最大限度将环境背景声音清除掉，发送剩下需要的噪声信号；
定向噪声传感器拾取噪声信号，判断噪声是否来自目标声源，对非目标声源的噪声信号进一步屏蔽的剔除，留下目标设备的噪声信号；
信号采集处理器通过波束形成方法识别声源；
噪声的时域及频域分析模块将被测对象的定向噪声分布与全向噪声信号叠加，直观显示被测对象的噪声特征及分布，并确定是否为异常噪声信号。若是，则生成报警推送。
本发明相对于现有技术的有益之处在于：采用轻便的噪声采集传感器，用定向与全向噪声信号的同步测量比较，提高系统在低频段噪声信号进行声源进行定向判断，解决移动监测设备对大型旋转设备和电磁设备的低频段噪声源判断和特征提取。
附图说明
图1是移动巡检平台的整体结构示意图。
图2是噪声采集传感器的结构示意图。
图3是异常噪声信号的周期性连续脉冲信号图。
附图标号说明：1.壳体；2.数据线；3.定向噪声传感器；4.全向噪声传感器。
具体实施方式
请参阅图1所示，为本发明实现的一种智能噪声采集装置，包括：
噪声采集传感器，用于监测设备的异常噪声信号并发送异常噪声信号；
信号采集处理器，用于接收噪声采集传感器发送的异常噪声信号、并解析异常噪声信号；
通信装置，用于通信连接噪声采集传感器、信号采集处理器和外部服务器。
如图2所示，所述信号采集传感器包括壳体1、至少两个全向噪声传感器4和至少两个定向噪声传感器3，所述全向噪声传感器4和定向噪声传感器3设于壳体1的前端，所述壳体1的后端由壳体1内引出数据线2。
具体的，所述信号采集传感器包括两个全向噪声传感器和两个定向噪声传感器。
具体的，两个全向噪声传感器和两个定向噪声传感器为十字分布，靠近壳体的左、右两端为定向噪声传感器，靠近壳体的上、下两端为全向噪声传感器。
噪声传感器是按照十字的空间几何位置排列而成的。
阵列增益受噪声传感器数目影响，阵列增益是用来描述阵列作为空间采集器所提供的信噪比改善程度，而噪声传感器数目和阵列增益成正比。由于阵列是在噪声背景下检测信号的，噪声传感器构成阵列的孔径决定了一个阵列实现的复杂程度。一般讲，阵列的噪声传感器个数越多，布线方式越复杂，实现越困难。为了既满足基本噪声监测需求和能够部署在移动设备上实现有效采集，所以采用四个传感器构成阵列最佳。
具体的，阵列的孔径，传声器间距，传声器的空间分布形式按监测对象要求设计。
具体的，所述信号采集处理器内设有至少一个采集卡，所述采集卡通过通信电缆与全向噪声传感器、定向噪声采集传感器阵列连接，实现噪声采集。
优选的，嵌入式采集卡，信号采集为8通道动态模式，根据需要可在线调节采用频率，完成由1hz到100kHz的数字化多路输入采集。
所述信号采集处理器内还内集成有噪声的时域及频域分析算法模块，所述算法模块用于对全向噪声传感器和定向噪声传感器的噪音信号采集比较、判定噪音是否为异常噪音以及判定声源位置。
一种用于移动巡检平台的智能噪声采集装置系统，包括巡检平台本体，以及巡检平台本体上安装有如权利要求4所述的一种智能噪声采集装置，巡检平台本体内置有巡检系统，所述巡检系统与智能采集装置数据传递连接。
具体的，所述移动巡检平台本体可以为巡检机器人。
一种用于移动巡检平台的智能噪声采集装置的使用方法，包括：
移动巡检平台在设备之间进行移动、巡检，巡检系统将巡检位置信息发送给智能噪声采集装置。
具体的，由移动巡检平台的巡检过程中提供监测设备的位置信息，智能噪声采集装置对设备进行噪声监测和信号处理，准确判断设备是否有异常噪声信号，便于后续对噪声进行分类比较，明确异常噪声的原因。
优选的，对移动巡检平台系统内建立健康状态噪声特征库，对异常噪声进行识别和分类。移动平台的噪声监测子模块中，可以提取智能噪声采集装置的噪声信号特征，与已有健康噪声模型比较，发现异常噪声，则生成报警推送。
其中，具体运作过程：
全向噪声传感器拾取噪声信号，利用两个全向噪声传感器接收到声波的相位之间的差异对声波进行过滤，最大限度将环境背景声音清除掉，发送剩下需要的噪声信号。
定向噪声传感器拾取噪声信号，判断噪声是否来自目标声源，对非目标声源的噪声信号进一步屏蔽的剔除，留下目标设备的噪声信号。
在移动巡检平台上采用上述智能噪声采集传感器，能够在嘈杂的环境下，更简单更快捷的区分监测设备的噪声信号，易于提取噪声特征，及时发现异常噪声信号，诊断噪声类别。
信号采集处理器通过波束形成方法识别声源。
噪声的时域及频域分析模块将被测对象的定向噪声分布与全向噪声信号叠加，直观显示被测对象的噪声特征及分布，并确定是否为异常噪声信号。
具体的，经过设计和测试，定向噪声传感器采集指向性的噪声的波束宽度、旁瓣级等特征参数与全向噪声传感器的特征参数比较，判断声音源的方向和特性。根据特性分类组成判断是否为异常噪声。所述信号采集处理器满足多噪声采集需要，可以不间断连续采集信号，完成存储、回放、分析和分类等功能。信号处理功能包括卡尔曼滤波、倍频程、时频分析、功率谱等分析。
若信号采集处理器判定噪声采集传感器收集的噪音信号为异常噪音信号，移动巡检平台则生成报警推送。
以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种移动巡检平台的智能噪声采集方法，其特征在于，包括：
巡检机器人在设备之间进行移动、巡检，巡检系统将巡检位置设备的信息发送给智能噪声采集装置；
全向噪声传感器拾取噪声信号，利用两个全向噪声传感器接收被检测设备声波的相位之间的差异对声波进行过滤处理；
定向噪声传感器拾取噪声信号，判断噪声是否来自目标设备声源，对非目标声源的噪声信号进一步屏蔽的剔除，留下目标设备的噪声信号，最大限度将环境背景声音清除掉，发送剩下需要的噪声信号；
信号采集处理器通过波束形成方法识别声源，判断发出异常噪声的设备对象；
信号采集处理器的噪声的时域及频域分析模块将被测对象的定向噪声分布与全向噪声信号叠加，直观显示被测对象的噪声特征及分布，并确定是否为异常噪声信号，若是，巡检机器人则生成报警推送。
2.一种用于移动巡检平台的智能噪声采集装置，包括巡检平台本体，其特征在于：巡检平台本体上安装有智能噪声采集装置，巡检平台本体内置有巡检系统，所述巡检系统与智能采集装置数据传递连接，所述智能噪声采集装置，包括：
噪声采集传感器，用于监测设备的异常噪声信号并发送异常噪声信号；
信号采集处理器，用于接收噪声采集传感器发送的异常噪声信号、并解析异常噪声信号，所述信号采集传感器包括壳体、两个全向噪声传感器和两个定向噪声传感器，所述全向噪声传感器和定向噪声传感器设于壳体的前端，所述壳体的后端由壳体内引出数据线，两个全向噪声传感器和两个定向噪声传感器为十字分布，靠近壳体的左、右两端为定向噪声传感器，靠近壳体的上、下两端为全向噪声传感器；
通信装置，用于通信连接噪声采集传感器、信号采集处理器和外部服务器。
3.根据权利要求2所述的一种用于移动巡检平台的智能噪声采集装置，其特征在于：所述巡检平台本体可以为巡检机器人。
4.根据权利要求3所述的一种用于移动巡检平台的智能噪声采集装置，其特征在于：所述信号采集处理器内设有至少一个采集卡，所述采集卡通过通信电缆与全向噪声传感器、定向噪声采集传感器阵列连接，所述信号采集处理器内还内集成有噪声的时域及频域分析算法模块。
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