[發(fā)明專利]一種基于音頻的轉速識別方法

有效

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• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112782421B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設計）人: 王旻軒;鮑亭文;朱小芹;劉展;金超
• 申請（專利權）人: 北京天澤智云科技有限公司
• 主分類號: G01P3/00
• 分類號: G01P3/00
• 代理公司: 北京煦潤律師事務所 11522
• 代理人: 惠磊

本申請及一種基于音頻的轉速識別方法，僅需通過音頻采集裝置采集聲音信號，記錄風機葉片掃風聲音，然后分別通過過零次數、自相關函數、功率譜密度算法迅速計算當前葉片的實時轉速，互相之間進行驗證并對計算錯誤的樣本進行過濾，整體資源消耗極低，可以在邊緣設備運行。

技術領域

本申請涉及一種基于音頻的轉速識別方法，適用于轉速識別的技術領域。

背景技術

在旋轉機械中，對于轉速的識別對于生產和維護來說具有重要的意義。例如，對于風機葉片來說，無論是從風機安全運行方面還是從發(fā)電綜合性能上來看，葉片轉速都是風電機組最基本也是較為重要的控制量，從其他角度來看，出于對葉片運行狀況的監(jiān)控，葉片轉速可以為后續(xù)的數據分析算法提供可靠輸入，是重要的參考量。但是現實中，出于硬件條件或安全性、隱私性考慮，并不一定可以實時通過SCADA(數據采集與監(jiān)視控制)系統(tǒng)采集到葉片實時轉速，此時需要通過其他方法計算得到近似的實時轉速，目前自動計算葉片實時轉速的方法還是空白。

公開號為CN110658519A的中國專利中，通過對外輻射源雷達接收到的直達波信號和雷達回波信號進行預處理，獲取距離譜數據，再根據自相關譜的譜峰時間間隔估計葉片轉速。該專利中，計算葉片轉速為中間步驟，在實施時需要對風電機組加裝外輻射源雷達，根據兩類波形信號進而計算譜數據，在工程實施上較為復雜，在多風機條件下如果外輻射源雷達系統(tǒng)參考通道中出現多徑干擾，會影響譜數據的計算精度進而影響葉片轉速的計算準確度。

公開號為CN110470265A的中國專利中，基于微波傳感器對動葉片葉尖間隙與定時值的實時在線測量，可計算獲得動葉片葉尖間隙、振動及應力等關鍵參數，進而通過相位峰值與轉速計算模塊計算相位峰值和葉片轉速。該專利中需要加裝精密的傳感設備，具有一定的復雜度。

上述方法中，都需要加裝額外的傳感設備，具有一定的復雜度和高成本。計算轉速為中間結果，難以為后續(xù)分析過程提供精準輸入。

發(fā)明內容

本申請的目的是提供一種基于音頻的轉速識別方法，其能夠根據聲音計算轉速，能夠脫離對數據采集和監(jiān)控系統(tǒng)的依賴，可獨立運行、效率高、運算準確，可以和后續(xù)算法配合，為后續(xù)算法輸入轉速信息。

本申請涉及一種基于音頻的轉速識別方法，包括以下步驟：

(1)通過音頻采集設備采集音頻數據；

(2)將采集到的音頻數據轉換為時頻域矩陣，再轉換為對數能量譜；

(3)通過濾波截取中頻段的信號，將此頻段范圍內的對數能量譜按時域方向求均值得到中頻能量向量；

(4)通過中值濾波對得到的中頻能量向量進行降噪處理，選定零值位置并計算過零次數，根據過零次數估算轉速；

(5)通過時間序列分析得到信號的自相關函數，通過定位自相關函數的最高點來確定信號的周期，根據周期來估算轉速；

(6)計算功率譜密度，通過定位功率譜密度的峰值來確定信號的周期，根據周期來估算轉速；

(7)將上述步驟(4)、步驟(5)和步驟(6)中估算得到的轉速求平均值，作為最終確定的轉速數值。

其中，在步驟(4)中，以中頻能量向量均值為起點，上下一個標準差為波動范圍定位零值位置；在步驟(5)中，對自相關函數值的峰值定位方法為：通過識別信號中的任一樣本點，其直接的臨近點取值均低于該點，定位到自相關函數中所有的極大值點；在步驟(7)中，對根據過零次數、自相關函數和功率譜密度確定的轉速分別計算相對誤差，若任兩個計算得到的相對誤差超過設定誤差閾值，則不輸出計算結果。