[發(fā)明專利]一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法

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• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111366388A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 代少升;李金鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50102
• 代理人: 陳棟梁

1.一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、首先對球磨機(jī)的音頻信號進(jìn)行采集，對采集的磨音信號選擇小波基函數(shù)進(jìn)行小波包分解和重構(gòu)，通過小波包三層分解得到各頻段的磨音信號；通過小波包分解最后把原始信號分解到獨立的頻段上，小波包頻段的分解規(guī)律是：對低頻信號分解時，低頻部分向左分解，高頻部分向右分解；對高頻信號分解時，低頻信號向右分解，高頻信號向左分解；

步驟2、然后計算各頻段的磨音信號的能量和磨音聲強(qiáng)值；通過各頻段內(nèi)能量和磨音聲強(qiáng)值變化得到磨機(jī)負(fù)荷隨給料速度變化最敏感的特征頻段；

步驟3、最后在特征頻段內(nèi)建立磨音聲強(qiáng)值與磨機(jī)料位的關(guān)系模型，磨音信號在特征頻段的聲強(qiáng)值隨給料速度的增加而降低，當(dāng)磨音磨音的聲強(qiáng)值較高時，磨機(jī)處于空磨狀態(tài)，磨音信號的聲強(qiáng)值較低時，磨機(jī)處于飽磨狀態(tài)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法，其特征在于，所述步驟1對球磨機(jī)的音頻信號進(jìn)行采集是通過拾音器對磨音信號進(jìn)行采集，設(shè)置磨音采樣率為8000Hz，采樣點數(shù)為4096點。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法，其特征在于，所述小波基函數(shù)選擇sym10作為小波基函數(shù)，小波包分解的二尺度方程如下：

式中：h_k和g_k稱為正交鏡像濾波器，h_k為低通濾波器系數(shù)；g_k為高通濾波器系數(shù)；u_n(t)為小波樹的第n個節(jié)點的信號，t表示時間，k，Z表示整數(shù)，u_2n(t)為u_n(t)分解后對用的低頻率信號，u_2n+1(t)為u_n(t)所對應(yīng)的高頻率信號；

假設(shè)磨音信號的最高頻率為fs＝4000Hz，再進(jìn)行小波包三層分解及重構(gòu)，小波包分解及重構(gòu)的公式如下：

小波包分解算法。由求與

小波包重構(gòu)算法。由與求

式2中：代表分辨率j下的第l個離散細(xì)節(jié)信號，即該分辨率下的小波變換得到的序列，對應(yīng)低頻部分，代表分辨率j下的第l個離散細(xì)節(jié)信號，即該分辨率下的小波變換得到的序列，對應(yīng)高頻部分，n為小波樹的第n個節(jié)點的信號。式3中，分辨率j下的第l個重構(gòu)信號，h_l-2k為低通濾波器系數(shù)；g_l-2k為高通濾波器系數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法，其特征在于，所述計算各頻段的磨音信號的能量具體包括：

計算各頻段能量，由于重構(gòu)信號保留原始信號的各頻段信息，當(dāng)磨機(jī)處于不同負(fù)荷時，各個頻段內(nèi)的磨音能量信號會產(chǎn)生變化，因此對各節(jié)點求能量和總能量；

E＝E_(i,0)+E_(i,1)+…+E_(i,j) (3)

式中i為小波包分解層數(shù)，j為小波包分解節(jié)點個數(shù)，U(i,j)表示重構(gòu)后各頻段的磨音信號,E_(i,j)為子頻段的能量，E為各頻段能量之和。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法，其特征在于，所述計算各頻段的磨音信號聲強(qiáng)值具體包括：通過磨音聲強(qiáng)來表征磨音能量，聲強(qiáng)公式如下：

I_(i,j)＝10lgE_(i,j) (4)

式中，I_(i,j)代表對應(yīng)頻段磨音聲強(qiáng)，單位dB，E_(i,j)為對應(yīng)頻段的磨音信號能量。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法，其特征在于，構(gòu)造能量譜，找出各頻段內(nèi)能量和磨音聲強(qiáng)值得到磨機(jī)負(fù)荷隨給料速度變化最敏感的特征頻段。能量譜的構(gòu)造：以各頻帶聲強(qiáng)值為元素構(gòu)造一個特征向量T：

T＝[I_(3,0),I_(3,1),…,I_(3,7)] (5)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法，其特征在于，通過構(gòu)造的能量譜，找出磨音信號的特征頻段，特征頻段范圍為500-2500Hz。在特征頻段內(nèi)建立磨音能量與磨機(jī)料位的關(guān)系模型，磨音信號在特征頻段的聲強(qiáng)值隨給料速度的增加而降低，當(dāng)磨音磨音的聲強(qiáng)值較高時，磨機(jī)處于空磨狀態(tài)，磨音信號的聲強(qiáng)值較低時，磨機(jī)處于飽磨狀態(tài)。