[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

本發(fā)明請求保護(hù)一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測新方法。該方法是為了解決球磨機(jī)在運(yùn)行過程中的負(fù)荷檢測。首先通過sym10小波函數(shù)，對采集的磨音信號進(jìn)行小波包分解，得到各頻段的磨音信號；通過計算各頻段內(nèi)磨音信號的能量與聲強(qiáng)值，得到磨機(jī)負(fù)荷變化最敏感的特征頻段。最后在特征頻段內(nèi)建立磨音聲強(qiáng)與磨機(jī)負(fù)荷的對應(yīng)關(guān)系，以達(dá)到檢測磨機(jī)負(fù)荷的目的。測試結(jié)果表明，該方法可以實現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷檢測，對磨機(jī)負(fù)荷檢測理論的發(fā)展和應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信號處理領(lǐng)域，具體一種基于磨音信號特征頻段的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法。

背景技術(shù)

球磨機(jī)是水泥生產(chǎn)中物料粉碎的關(guān)鍵設(shè)備，在工業(yè)生產(chǎn)中具有容量大、維護(hù)簡單、運(yùn)行可靠、密封性好等特點(diǎn)。在球磨機(jī)生產(chǎn)中，球磨機(jī)筒內(nèi)裝載著不同種類不同規(guī)格的碾磨介質(zhì)，如鋼球、鋼棒和碾磨的礦石等。當(dāng)筒體轉(zhuǎn)動時，筒體內(nèi)的物料在重力的作用下產(chǎn)生沖擊作用，在傾瀉狀態(tài)下起碾磨作用，將物料碾磨成粉末狀，最后在風(fēng)機(jī)的拉力作用下，將粉碎后的物料從出料口排出。但是磨機(jī)生產(chǎn)過程中，由于缺乏準(zhǔn)確，可靠的檢測方法，因此球磨機(jī)很容易出現(xiàn)空磨和飽磨等非正?，F(xiàn)象。長期空磨會造成磨機(jī)運(yùn)行效率低、能源浪費(fèi)、損壞筒體、減少磨機(jī)的使用壽命；飽磨會造成物料碾磨不合格、堵塞筒體等有害現(xiàn)象。因此，使磨機(jī)長期處于正常磨的工作狀態(tài)，可有效提高磨機(jī)工作效率、降低能耗、增加產(chǎn)量。

目前常見的基于磨音信號的處理方法，主要是通過短時傅里葉變換 (Short-timeFourier Transform,STFT)將信號進(jìn)行時頻變換，然后比較不同物料下磨音信號頻率的分布情況，以此來判斷球磨機(jī)的當(dāng)前負(fù)荷。雖然根據(jù)不同物料下磨音的頻譜不同，可檢測磨機(jī)狀態(tài)，但是只能定性的得出磨機(jī)工況，無法得到有效的磨機(jī)負(fù)荷，因此傳統(tǒng)的磨音分析方法已經(jīng)無法滿足磨機(jī)的負(fù)荷檢測。發(fā)明一種針對磨音信號處理的新方法顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題。提出了一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于小波包能量譜的磨機(jī)負(fù)荷檢測方法，其包括以下步驟：

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(dú)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)。

進(jìn)一步的，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(diǎn)數(shù)為4096點(diǎn)。

進(jìn)一步的，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(diǎn)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：