[發明專利]沸騰振動的聲波信號時頻聯合特征提取及沸騰識別方法

有效

• 申請號: 201711193739.9
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107992808B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 朱健坤;杜昊澤;朱桂斌
• 申請（專利權）人: 朱健坤;杜昊澤;朱桂斌
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;F24C7/08
• 代理公司: 北京元本知識產權代理事務所 11308
• 代理人: 秦力軍

本發明公開了一種基于時頻聯合回歸的電磁爐沸騰程度識別方法，包括對采集的電磁爐沸騰振動的原始聲波信號序列的每段聲音信號進行濾波，得到7個倍頻程信號；計算7個倍頻程信號的能量參數；提取各倍頻程信號的包絡信號；對每個倍頻程的包絡信號分別用4個高通濾波器進行濾波，得到4個包絡倍頻程信號；計算每個包絡倍頻程信號的平均能量；將所述每段聲音信號7個倍頻程信號的能量參數以及各個倍頻程信號的包絡倍頻程的平均能量組合在一起，得到該段振動信號的具有聲波信號時頻聯合特征的多維特征向量，利用回歸參數和多維特征向量計算電磁爐沸騰程度。

技術領域

本發明涉及電磁爐技術領域，特別是電磁爐沸騰振動的聲波信號時頻聯合特征提取及沸騰程度識別方法。

背景技術

隨著生活水平的提高，電磁爐已經進入千家萬戶。目前市場上的電磁爐對溫度控制一般有兩種模式：一種是恒功率控制，另一種是恒溫控制。恒溫控制的電磁爐由于能夠實時檢測鍋底溫度，采用基于溫度反饋的控制算法，自動調整功率大小，大大方便了人們的日常生活。但是這種方式的效果和人工手動控制相比還有不小的差距。人工控制主要通過對鍋內沸騰程度的判斷來適度調節火力的大小。水的沸騰程度由水溫、水的沸點和加熱功率決定，而沸點又和氣壓以及水中物質成分及濃度有很大關系，人們吃火鍋時的紅湯和清湯就是一個典型的例子。因此，檢測到單一的溫度不能代表電磁爐的沸騰程度，也就不能圓滿解決電磁爐的沸騰控制。而人工對電磁爐沸騰程度的判斷主要靠視聽兩個感官感受，單一依靠視覺或聽覺都能夠完成對電磁爐沸騰程度的判斷，而通過對沸騰產生的聲音振動的檢測和識別是一種相對經濟的手段。

通過實驗觀察可以發現，隨著加熱時間的推移，電磁爐內液體的沸騰情況可以大致分為三個階段：(1)預沸騰期：在此階段，鍋的底部受熱達到內部液體的沸點，氣泡開始產生，體積較小，但由于上面的液體溫度沒有達到沸點，氣泡剛離開鍋底不久就消失不見。該階段的特點是氣泡產生的機械振動要通過鍋和液體的傳遞，而后使外面的空氣振動，產生聲波使人耳能夠聽到。該階段產生的聲音頻率較高，響度較低。(2)沸騰初期：鍋底部受熱產生的氣泡速度加快，臨近的氣泡合并成較大的氣泡，并能夠上升到達液面，之后才破裂發生容積振蕩，產生聲音。該階段產生的聲音響度較高，低頻成分增加，聲音波形的包絡在宏觀時間上表現為不連續的沖激。(3)劇烈沸騰期：全部液體溫度到達沸點，鍋底部受熱產生氣泡的速度進一步加快，上升到達液面的氣泡越來越多，液體也發生劇烈的運動。該階段產生的聲音響度較高，低頻分量進一步增加，聲音波形的包絡在宏觀時間上趨于平穩。由于不同階段的聲音特性在時域和頻域各有特點，因此，綜合采用時域和頻域的信息，能夠以較高的可信度對液體的沸騰程度進行識別。

根據以上分析，我們設計了一種基于時頻聯合回歸的電磁爐沸騰程度識別方法，分析和仿真實驗表明了該方法在計算上的高效性和對沸騰程度識別的有效性。

發明內容

本發明的目的是針對現有電磁爐功率控制中存在的液體沸點不固定導致單靠溫度反饋控制適用性不高的問題，提供電磁爐沸騰振動的聲波信號時頻聯合特征提取及沸騰程度識別方法。

根據本發明第一方面，一種電磁爐沸騰振動的聲波信號時頻聯合特征提取方法包括：

對采集的電磁爐沸騰振動的原始聲波信號序列的每段聲音信號，分別用其通過頻率為倍頻的7個高通濾波器進行濾波，得到7個倍頻程信號；

計算所述7個倍頻程信號的能量參數；

提取各倍頻程信號的包絡信號；

對每個倍頻程的包絡信號分別用4個高通濾波器進行濾波，得到4個包絡倍頻程信號；

計算每個包絡倍頻程信號的平均能量；

將所述每段聲音信號7個倍頻程信號的能量參數以及各個倍頻程信號的包絡倍頻程的平均能量組合在一起，得到該段振動信號的具有聲波信號時頻聯合特征的多維特征向量。