一种动车组声音故障诊断系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种动车组声音故障诊断系统，属于铁路车辆故障检测设备领域，包括声学传感器阵列、图像传感器、硬件处理电路、分析主机、数据存储服务器和显示终端。声学传感器阵列采集声学信息，图像传感器采集图像信息，并分别传递给硬件处理电路进行预处理，然后传输到分析主机，分析主机利用声学信息对动车组进行声源定位和故障识别；同时对图像信息进行识别，自动识别动车组的车组号、车号信息。故障信息传输给数据存储服务器进行存储，同时传输至显示终端显示故障信息。本实用新型专利技术能综合时域场统计因子、声强大小和频域场能量占比、频率成分分析，对声学信号进行综合判定，并以图像的颜色和亮度表示故障的强弱。

【技术实现步骤摘要】
一种动车组声音故障诊断系统
本技术属于铁路车辆故障检测设备领域，具体是一种动车组声音故障诊断系统。
技术介绍
为确保乘客的舒适性，同时减少对铁路沿线环境的影响，动车组对噪音限值的要求非常严格，根据动车组高速行驶、启动及停车时的不用运行环境，制定了不同的动车组噪声测试和限值标准。异常的噪音信号不仅降低乘客的舒适性，同时能反映动车组的车辆故障，进而对不同故障位置建立不同的故障分析、识别和判定算法。异常的噪声主要包括动车组车内振动噪声和冷却装置噪音；当动车组高速运行时(速度达到300km/h)，轮轨间的相互作用及其产生的振动噪声是动车组车内振动噪声的主要来源。动车组的冷却装置用以冷却牵引变压器、牵引变流器和牵引电机等。借助冷却装置带走其工作时产生的热损耗，保证设备正常运行，从而保证动车组的行车安全。无论是采用独立风机的冷却装置，还是采用油冷加强迫风冷的冷却装置，均为由油散热器、进风道、风机叶轮、风室、吊装架、电连接器等组成的一体集成式结构。动车组动态运行和静态上电的过程中，风机高速运转产生的高噪音成为冷却装置噪音的主要来源。目前国内对动车组声学类故障的检修大多通过人工监听的手段实现，在动车组入库及一次上电检修过程中，工作人员通过人耳对动车组声音进行监听，判断动车组是否存在异常噪音信息。由于人工检测受主观因素的影响，存在较大的个体差异，无法与既有的技术标准相匹配，因此监听结果具有很大的偶然性和差异性。
技术实现思路
本技术针对现有动车组声音故障检修以人工监听为主，监听结果受主观因素影响干扰，评价结果无法定量衡量，且与既有技术标准无法对应的问题；提出了一种动车组声音故障诊断系统。所述动车组声音故障诊断系统，包括声学传感器阵列、图像传感器、硬件处理电路、分析主机、数据存储服务器和显示终端。声学传感器阵列和图像传感器集成在一块五边形的电路板上；该五边形电路板与硬件处理电路和分析主机分别固定在智能小车上，通过智能小车的移动实现对动车组的检测，将检测结果存储在数据存储服务器上，并通过显示终端实时显示。其中，声学传感器阵列包括若干声学传感器，每个声学传感器内部包含A/D转换模块；将若干声学传感器平均分组，以图像传感器为中心，每组声学传感器沿着五边形的顶点与中心点分布成一个顺时针方向的弧形结构，所有的声学传感器共同构成螺旋形。本技术的优点在于：1)、一种动车组声音故障诊断系统，在动车组检修中首次采用二维麦克风阵列，通过二维波束成形技术对多声源进行定位。2)、一种动车组声音故障诊断系统，能够对动车组侧部的轮对、主变风机、牵引电机风机、空调风机、集尘风箱等声学信号进行定位和故障识别。3)、一种动车组声音故障诊断系统，通过声学传感器阵列的扇形结构，能综合时域场统计因子、声强大小和频域场能量占比、频率成分分析，对声学信号进行综合判定。4)、一种动车组声音故障诊断系统，在显示终端以声像图的形式显示声源在空间的分布，并以图像的颜色和亮度表示故障的强弱。附图说明图1为本技术一种动车组声音故障诊断系统结构示意图；图2为本技术动车组声音故障诊断系统中声学传感器阵列和图像传感器分布图；1-动车组；2-空调风机；3-牵引变流器冷却装置风机；4-集尘风箱；5-牵引变压器冷却装置风机；6-牵引电机冷却装置风机；7-车轮；10-声学传感器；101-声学传感器阵列；102-图像传感器；103-硬件处理电路；104-分析主机；105-数据存储服务器；106-显示终端。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方法进行详细说明。一种动车组声音故障诊断系统，通过声学传感器阵列和图像传感器能够实现动车组运动和静止两种状态下的声音和图像采集；并对采集的图像信息和声学信息进行定位和声像显示，将图像传感器采集的图像信息与声学传感器采集的声学信息融合形成声像图；声学信息的强弱通过亮度和颜色在图像信息上显示。如图1所示，包括声学传感器阵列101、图像传感器102、硬件处理电路103、分析主机104、数据存储服务器105和显示终端106。声学传感器阵列101和图像传感器102集成在一块五边形的电路板上；将采集的图像信息和声音信息进行定位和重叠，声音信息的强弱通过亮度和颜色在图像信息上显示；该电路板通过适配器供电12V。该五边形电路板与硬件处理电路103和分析主机104分别固定在智能小车上，通过智能小车的移动实现对动车组的检测，将检测结果存储在数据存储服务器105上，并通过显示终端106显示；显示终端106实时显示动车组1通过时的声像图，并在存在故障时，能够显示故障位置的声像图。如图2所示，所述的图像传感器102采用高速相机，采集动车组侧面包括空调风机2、牵引变流器冷却装置风机3、集尘风箱4、牵引变压器冷却装置风机5、牵引电机冷却装置风机6、车轮7非圆化的图像信息。声学传感器阵列101包括30个声学传感器10，每个声学传感器10选用高性能、高集成度的数字MEMS麦克风，内部包含A/D转换模块，响应频率从35Hz至10kHz，面向动车组1采集动车组侧面包括空调风机2、牵引变流器冷却装置风机3、集尘风箱4、牵引变压器冷却装置风机5、牵引电机冷却装置风机6、车轮7非圆化的声学信息；声学信息包括：能量占比、统计因子、声强大小、频率成分、历史趋势数据、与正常标准声音对比等。30个声学传感器10平均分成五组，以高速相机为中心，每组声学传感器10沿着五边形的顶点与中心点分布成一个顺时针方向的弧形结构，所有的声学传感器阵列101共同构成螺旋形结构，五边形电路板的内切圆直径为35cm，重量为1.87kg，实现声学传感器阵列101和图像传感器102采集信息的灵活性。为适应不同类型动车组声音故障分析和识别的需求，声学传感器阵列101和图像传感器102采集的高度和角度根据不同动车组的类型能够调节；采集声学信号的频率通过分析主机104的控制软件进行调节。为保障工作设备的安全性，所述动车组声音故障诊断系统安装工作状态指示灯，当设备处于工作状态时，具备警示功能，同时声学传感器阵列101和图像传感器102距离动车组1的距离≥1m。声学信息和图像信息传输到硬件处理电路103完成声学和图像信息的降噪、滤波和放大等预处理；硬件处理电路103包括FPGA处理器、50通道数字I/O、DRAM和以太网；采用FPGA处理器实现并行计算，为实现故障分析和识别，声像图的视频帧率为25fps。分析主机104通过波束成形技术，对图像信息和声学信息进行分析，为实现动车组1车型识别和声源的精确定位，分析主机104利用图像识别技术识别动车组列车的车型、车号信息，并根据车号信息自动定位动车组入所顺位及A、B位端；利用声学信息的能量占比、统计因子、声强大小、频率成分、历史趋势数据、与正常标准声音对比等方式，对该动车组1侧面的空调风机2、牵引变压器冷却装置风机5、牵引变流器冷却装置风机3、牵引电机冷却装置风机6、集尘风箱4及车轮7失圆及其它声学信息进行定位、分析和识别，从而实现声源定位和识别；以声像图的方式在显示终端106实时显示故障信息。显示终端106在分析主机104完成图像信息和声学信息的分析和识别后，以声像图的形式显示诊断的故障结果，并实时显示检测过程中的图像信息和声学信息。声成像技术是基于声学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动车组声音故障诊断系统，其特征在于，包括声学传感器阵列、图像传感器、硬件处理电路、分析主机、数据存储服务器和显示终端；声学传感器阵列和图像传感器集成在一块五边形的电路板上；该五边形电路板与硬件处理电路和分析主机分别固定在智能小车上，通过智能小车的移动实现对动车组的检测，将检测结果存储在数据存储服务器上，并通过显示终端实时显示；其中，声学传感器阵列包括若干声学传感器，每个声学传感器内部包含A/D转换模块；将若干声学传感器平均分组，以图像传感器为中心，每组声学传感器沿着五边形的顶点与中心点分布成一个顺时针方向的弧形结构，所有的声学传感器共同构成螺旋形。

【技术特征摘要】
1.一种动车组声音故障诊断系统，其特征在于，包括声学传感器阵列、图像传感器、硬件处理电路、分析主机、数据存储服务器和显示终端；声学传感器阵列和图像传感器集成在一块五边形的电路板上；该五边形电路板与硬件处理电路和分析主机分别固定在智能小车上，通过智能小车的移动实现对动车组的检测，将检测结果存储在数据存储服务器上，并通过显示终端实时显示；其中，声学传感器阵列包括若干声学传感器，每个声学传感器内部包含A/D转换模块；将若干声学传感器平均分组，以图像传感器为中心，每组声学传感器沿着五边形的顶点与中心点分布成一个顺时针方向的弧形结构，所有的声学传感器共同构成螺旋形。2.如权利要求1所述的一种动车组声音故障诊断系统，其特征在于，所述的硬件处理电路包括FPGA处理器、50通道数字I/O、DRAM和以太网。3.如权利要求1所述的一种动车组声音故障诊断系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亨，公茂财，殷延超，陈曦，袁高斌，王仲辉，贾超，周毛毛，张析，李舸，郝植恒，刘晶晶，
申请(专利权)人：北京康拓红外技术股份有限公司，北京航天康拓信息技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11