一种基于峰均比和均值筛选的在线扬声器故障诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于峰均比和均值筛选的在线扬声器故障诊断系统，涉及电声行业中信号检测、故障诊断和智能控制领域，用于监测核电站等特殊的工业环境中无源扬声器是否处于正常工作运行状态的问题。包括：用控制端直接产生一个1kHz正弦激励信号主动刺激无源扬声器发声，再产生一个50Hz的正弦能量波给检测端供电，然后检测端将扬声器声响信号转换为电信号，利用ADC对电信号进行采样，获得采样值序列Vm(t)，并对序列Vm(t)进行峰均比计算和最大均值筛选，获得采样结果线性失真的区分度和扬声器故障判定结果，最后通过基于PRIME标准的SM2400通信模块将判定结果沿音频线发送至控制端。

An On-line Loudspeaker Fault Diagnosis System Based on Peak-to-Average Ratio and Mean Screening

【技术实现步骤摘要】
一种基于峰均比和均值筛选的在线扬声器故障诊断系统
本专利技术涉及电声行业的信号故障诊断领域，特别涉及一种在役扬声器的智能检测方法，它属于检测领域的自动控制装置。
技术介绍
在生活、工业生产中，扬声器通常用于日常事务的通知和及时对事故、险情做出预警通知，故需要保证扬声器能够进行正常的广播工作，确保广播扬声器的工作运行状态。在某些工业领域，例如核电环境内的扬声器广播系统基本都是在1994年核电站开始商业运营时就安装使用，经过几十年的发展与变迁，并考虑到其特殊的高辐射、强噪声、高温湿度等工业环境，扬声器必然出现了老化现象，甚至已故障损坏而不能进行正常的日常广播工作。根据实际调研可知，核电站内现行的扬声器故障诊断方法是：不定期进行人工巡检，利用人的耳朵去监听扬声器是否能正常发声。该方法不仅浪费时间、人力，而且纯耳监听会给人体带来极大的健康伤害调研可知。现有的、成熟的扬声器广播系统的故障诊断方法仅是针对传输线路的故障进行检测，而不能真正实现对终端扬声器声响状态的故障检测。例如，德国BOSCHE(博世)公司研发了一种具有广播管理、设备监测功能的扬声器广播系统，但该系统必须采用有源终端，且安装必须增设额外电源线路等缺点。或者，仅是研究扬声器响应信号的频谱图中低阶谐波能量值和高阶谐波能量值之间的异同，继而实现对扬声器异音故障的判断，暂无直接对扬声器声响信号强度大小的研究。由于某些产业(如核电站)管理规定严格、政府政策严谨，无法铺设新系统的通信链路，更不能使用WIFI、ZigBee、蓝牙等无线通信技术。为了实现在役扬声器工作运行状态的自动监测，节约人力物力，解决安装成本、施工难度等问题，急需研发一套具有自动监测、智能控制的在线扬声器故障诊断系统。
技术实现思路
为了克服现有扬声器广播系统无法监测终端设备自身运行状态的缺点，并满足国家核设施的相关规定，及时自动完成监测扬声器声响状态的任务，实现诊断系统的通信、供电均使用同一条线路的功能。本专利技术公开了一种基于峰均比和均值筛选的在线扬声器故障诊断系统，包括以下内容：内容1、控制诊断系统全局功能，使系统实现全自动化监测、故障诊断的控制端，控制端是诊断系统运行的心脏，具有三大基本功能：扬声器广播工作状态的检测、提供一个激励信号和一个充电能量波；数据的交互处理与通信。内容2、是诊断系统执行监测、诊断工作最直接的接口的检测端，检测端是诊断系统的核心设备，具有两大基本功能：基于峰均比和均值筛选的故障诊断功能和与控制端的数据交互功能。所述的内容1中控制端主要包括MSP430F5529Launchpad开发板、MSP430F169最小系统、SM2400通信模块、220V转24V的变压器、24V转正/负9V的交流/直流模块和9V转3.3V的直流/直流降压、稳压模块。所述的控制端主要模块中正/负9V用于SM2400模块的供电，3.3V用于MSP430F5529Launchpad开发板和MSP430F169最小系统的供电。所述的整个控制端的电源接口是直接通过两脚插头接上市电220V。所述的内容1中扬声器广播工作状态的检测是通过检测连接于扬声器上的主音频线的电压，判断扬声器广播系统是否处于正常的广播工作状态。所述的判断扬声器广播系统是否处于正常的广播工作状态方法为：若主音频线的电压为高，则判断扬声器处于广播工作状态，停止或不启动故障诊断工作，避免干扰扬声器的正常广播；若主音频线的电压为低，则判断扬声器处于休闲(未广播)状态，启动诊断系统对在役扬声器进行故障监测工作。所述的在役扬声器故障监测工作，其监测对象为已投入工厂、公寓等场合运行多年的扬声器，而不是未离开生产厂家生产线的扬声器。所述的内容1中提供一个激励信号和一个充电能量波具体是：激励信号为1kHz的正弦波，用于刺激扬声器主动发声，使扬声器发出能被检测端采集的声响强度信号；充电能量波为50Hz的正弦波，用于给检测端进行供电、蓄能，从而保证检测端的正常工作。所述的内容1中数据的交互处理与通信，指向检测端发送检测、诊断等指令，以及接收检测端回传的诊断结果信息。所述的内容2中检测端主要包括MSP430F169最小系统、SM2400通信模块、声响信号采集模块和电源模块。所述的检测端主要模块中声响信号采集模块直接通过电容式驻极体将采集的扬声器声响信号转换为电信号Vm(t)，然后利用MSP430F169的模拟数字转换器(AnalogtoDigitalConverter,ADC)对Vm(t)进行循环采样，并计算Vm(t)的峰均比和最大均值。所述的检测端主要模块中电源模块直接从音频线上截取能量信号，经过220V转24V的变压器、桥式整流电路、直流/直流降压电路后，得到SM2400模块所需的正负9V电源和MSP430F169所需的3.3V电源。所述的220V转24V的变压器、桥式整流电路、直流-直流降压电路的具体作用为：50Hz能量信号经过220V转24V的变压器(额定输出功率2W以上)后进入桥式整流电路，得到12V的直流电压，再利用12V转正负9V的直流/直流开关隔离电路(额定输出功率1W)得到正负9V电压，最后利用MP1584EN直流/直流降压电路获得3.3V电源电压。所述的内容2中基于峰均比和均值筛选的故障诊断实现步骤如下：步骤1、对每次获得的Vm(t)进行累加求和后取其平均值AVEm。步骤2、遍历一个采样周期T内的均值序列式(1)，得到最大均值AVEmax。AVE＝{AVE1,AVE2，AVE3，......AVEm-1,AVEm}(1)步骤3、选择AVEmax作为扬声器声响响度的直接参考值。步骤4、根据式(2)计算每次采样周期T完成后Vm(t)的峰均比，得到采样值的线性失真度Ri。其中，峰均比为峰值的功率与平均功率之比，而由式(3)可得到离散信号的功率值。步骤5、利用健康扬声器进行标定测试，获得各标准值：<AVEmax>，<Ri>。再对故障扬声器进行标定测试，获得故障扬声器的非正常值：<AVEmax>'，<Ri>'。步骤6、分析<AVEmax>和<AVEmax>'差值范围确定扬声器声响响度的比较阈值Zave。其中，令W为作用域(0,∞)内的任意值，被定义为修正因子，其作用是使Zave的值域范围为[200,300]。同时，分析<Ri>和<Ri>线性失真的区分度确定扬声器故障判断的稳定性。步骤7、对待测扬声器进行故障检测，获得测试值：AVEmax'，Ri'。再将AVEmax'和Zave进行比较，若AVEmax'≥Zave，则判断在役扬声器的工作运行状态为健康状态，用字符“R”标记；若AVEmax'＜Zave，则为故障状态，用字符“E”标记。步骤8、根据式(6)得到待测扬声器的值，根据式(7)、式(8)计算和的误差范围Derror。若线性失真的区分度误差Derror越小，则说明检测过程的稳定性越好，扬声器故障判定结果越可靠。反之，则说明扬声器故障判定结果不可靠。所述的内容2中控制端的数据交互功能是指接收控制端的消息和向控制端反馈诊断结果，其中控制端与检测端的通信媒介为扬声器系统中原有的主音频线。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案更加清楚明白，以下结合附图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于峰均比和均值筛选的在线扬声器故障诊断系统，其特征在于，包括以下内容：内容1、控制诊断系统全局功能，使系统实现全自动化监测、故障诊断的控制端，控制端是诊断系统运行的心脏，具有三大基本功能：扬声器广播工作状态的检测、提供一个激励信号和一个充电能量波；数据的交互处理与通信；控制端主要包括MSP430F5529 Launchpad开发板、MSP430F169最小系统、SM2400通信模块、220V转24V的变压器、24V转正负9V的交流/直流模块和9V转3.3V的直流/直流降压、稳压模块，其中正/负9V用于SM2400模块的供电，3.3V用于MSP430F5529 Launchpad开发板和MSP430F169最小系统的供电，且整个控制端的电源接口是直接通过两脚插头接上市电220V。内容2、是诊断系统执行监测、诊断工作最直接的接口的检测端，检测端是诊断系统的核心设备，具有两大基本功能：基于峰均比和均值筛选的故障诊断功能和与控制端的数据交互功能；检测端主要包括MSP430F169最小系统、SM2400通信模块、声响信号采集模块和电源模块；声响信号采集模块直接通过电容式驻极体将采集的扬声器声响信号转换为电信号Vm(t)，然后利用MSP430F169的模拟数字转换器(Analog to Digital Converter,ADC)对Vm(t)进行循环采样，并计算Vm(t)的峰均比和最大均值；电源模块直接从音频线上截取能量信号，经过220V转24V的变压器、桥式整流电路、直流/直流降压电路后，得到SM2400模块所需的正负9V电源和MSP430F169所需的3.3V电源，具体的充电过程为：50Hz能量信号经过220V转24V的变压器(额定输出功率2W以上)后进入桥式整流电路，得到12V的直流电压，再利用12V转正负9V的直流/直流开关隔离电路(额定输出功率1W)得到正负9V电压，最后利用MP1584EN直流/直流降压电路获得3.3V电源电压。...

【技术特征摘要】
1.一种基于峰均比和均值筛选的在线扬声器故障诊断系统，其特征在于，包括以下内容：内容1、控制诊断系统全局功能，使系统实现全自动化监测、故障诊断的控制端，控制端是诊断系统运行的心脏，具有三大基本功能：扬声器广播工作状态的检测、提供一个激励信号和一个充电能量波；数据的交互处理与通信；控制端主要包括MSP430F5529Launchpad开发板、MSP430F169最小系统、SM2400通信模块、220V转24V的变压器、24V转正负9V的交流/直流模块和9V转3.3V的直流/直流降压、稳压模块，其中正/负9V用于SM2400模块的供电，3.3V用于MSP430F5529Launchpad开发板和MSP430F169最小系统的供电，且整个控制端的电源接口是直接通过两脚插头接上市电220V。内容2、是诊断系统执行监测、诊断工作最直接的接口的检测端，检测端是诊断系统的核心设备，具有两大基本功能：基于峰均比和均值筛选的故障诊断功能和与控制端的数据交互功能；检测端主要包括MSP430F169最小系统、SM2400通信模块、声响信号采集模块和电源模块；声响信号采集模块直接通过电容式驻极体将采集的扬声器声响信号转换为电信号Vm(t)，然后利用MSP430F169的模拟数字转换器(AnalogtoDigitalConverter,ADC)对Vm(t)进行循环采样，并计算Vm(t)的峰均比和最大均值；电源模块直接从音频线上截取能量信号，经过220V转24V的变压器、桥式整流电路、直流/直流降压电路后，得到SM2400模块所需的正负9V电源和MSP430F169所需的3.3V电源，具体的充电过程为：50Hz能量信号经过220V转24V的变压器(额定输出功率2W以上)后进入桥式整流电路，得到12V的直流电压，再利用12V转正负9V的直流/直流开关隔离电路(额定输出功率1W)得到正负9V电压，最后利用MP1584EN直流/直流降压电路获得3.3V电源电压。2.根据权利要求1所述的一种基于峰均比和均值筛选的在线扬声器故障诊断系统，其特征在于，内容1中扬声器广播工作状态的检测是通过检测连接于扬声器上的主音频线的电压，判断扬声器广播系统是否处于正常的广播工作状态，其具体方法为：若主音频线的电压为高，判断扬声器处于广播工作状态，停止或不启动故障诊断工作，避免干扰扬声器的正常广播；若主音频线的电压为低，判断扬声器处于休闲(未广播)状态，启动诊断系统对在役扬声器进行故障监测工作，其中在役扬声器是指已投入工厂、公寓等场合运行多年的扬声器，而不是未离开生产厂家生产线的扬声器。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国平，王红，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50