一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置及方法，属于自动化检测技术领域；提供了及时准确发现煤矿输送机异常的基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置及方法；技术方案为：本装置包括主机，主机设置有金属外壳，金属外壳内设有数据处理模块、数据存储模块、控制模块、图像采集模块、图像预处理模块和声卡模块，数据处理模块分别与数据存储模块、声卡模块、图像预处理模块和控制模块相连，图像采集模块与图像预处理模块相连；本方法使用帧差法判别异常声音，并使用时延估计算法进行异常声音定位。

An Abnormal Detection Device and Method of Coal Mine Conveyor Based on Sound Positioning

The invention relates to an abnormal detection device and method of coal mine conveyor based on sound positioning, which belongs to the field of automatic detection technology; provides an abnormal detection device and method of coal mine conveyor based on sound positioning for timely and accurate detection of abnormal coal mine conveyor; the technical scheme is as follows: the device includes a host computer, the host computer is provided with a metal shell, and the metal shell is equipped with a data processing module; Data storage module, control module, image acquisition module, image preprocessing module and sound card module. Data processing module is connected with data storage module, sound card module, image preprocessing module and control module respectively. Image acquisition module is connected with image preprocessing module. This method uses frame difference method to distinguish abnormal sound and uses time delay estimation algorithm to determine abnormal sound. Position.

【技术实现步骤摘要】
一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置及方法
本专利技术一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置及方法，属于自动化检测

技术介绍
矿用输送机是现代煤矿生产的重要组成部分,广泛应用于煤炭采集、运输的各个环节，是一种以摩擦驱动以连续方式运输物料的机械，主要由机架、输送带、托辊、滚筒、张紧装置和传动装置等组成。煤矿输送机常见故障有：输送带磨损、输送带撕裂、钢丝绳芯输送带钢丝绳暴露、托辊机械损伤、托辊脱落、异常卡阻以及皮带跑偏造成物料洒落等等。这些异常故障发生时,都会产生突然异响,此时如果巡检人员或者输送带司机正好在现场则容易发现问题,但如果现场没有工作人员则容易造成输送机故障的恶化,造成巨大经济损失甚至是人员伤害。
技术实现思路
本专利技术一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置，克服了现有技术存在的不足，提供能够及时准确发现煤矿输送机异常的基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置，包括主机，主机设置有金属外壳，金属外壳内设有数据处理模块、数据存储模块、控制模块、图像采集模块、图像预处理模块和声卡模块，数据处理模块分别与数据存储模块、声卡模块、图像预处理模块和控制模块相连，图像采集模块与图像预处理模块相连；图像采集模块采集煤矿巷道内的图像，图像预处理模块用于对图像信息进行去噪声、中值滤波以及图像分割；声卡模块用于对设置在煤矿巷道内的若干麦克风阵列采集的声音放大、滤波、去噪和把声音信号转换为电信号；数据处理模块用于对声音信号和图像信号的分析判断，根据分析结果完成煤矿输送机异常信号的发送。进一步，所述麦克风阵列包括麦克风阵列A、麦克风阵列B和麦克风阵列D，麦克风阵列A和麦克风阵列B分别安装在煤矿巷道两侧巷道壁上，麦克风阵列D设置在所述金属外壳的侧面上，麦克风阵列A、麦克风阵列B通过设置在所述金属外壳上的音频接口模块与所述主机相连。进一步，所述主机还包括电源模块和信号以及电源接口模块，电源模块和信号以及电源接口模块相连，电源模块用于对所述主机供电，信号以及电源接口模块用于外接电源、多个所述主机的级联和信息输出。进一步，所述图像采集模块的前端设有图像采集窗口。进一步，所述金属外壳的顶部设置有第一固定支架和第二固定支架。一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置，基于上述的一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置完成，包括以下步骤：S1.将主机固定在煤矿输送机所在的煤矿巷道的顶部，麦克风阵列D、麦克风阵列A和麦克风阵列B排列成一条直线，该直线与煤矿巷道的地面平行，麦克风阵列采集声音；S2.声卡模块对采集的声音放大、滤波、去噪和把声音信号转换为电信号，将转换的数字声音信号进行预加重、加窗分帧处理，检测是否产生煤矿输送机的异常声音；S3.利用麦克风阵列A、麦克风阵列B和麦克风阵列D的坐标以及麦克风阵列到煤矿输送机的异常声音声源的距离，求解得到异常声音声源的坐标；S4.图像采集模块采集煤矿巷道的图像，图像预处理模块对图像信息进行去噪声、中值滤波以及图像分割，得到方形网格；S5.将异常声音声源的坐标标在方形网格上，根据异常声音声源在方形网格上的运动状态，数据处理模块判断异常发生输送带或输送带机架上；当异常发生在输送带时，传送报警信号至控制中心，当异常发生在输送带机架上时，数据存储模块对图像进行存储。进一步，所述步骤S2中，所述加窗分帧处理的步骤为：将每一段声音信号划分为多个信号信息帧，设定帧差阈值，通过对比连续信号帧，当前后两帧声音信号差值超过帧差阈值时，即可判定有异常声音发生，提取前后信号帧的帧差信号特征。进一步，所述步骤S4中的方形网格，单个方形网格的尺寸小于1cm*1cm。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。1、本专利技术方法使用基于声音定位的检测方法，可有效检测煤矿输送机异常状况的发生，同时避免非输送机区域异常声音的干扰；2、本专利技术方法使用帧差法判别异常声音，并使用时延估计算法进行异常声音定位，检测准确度高，可靠性强；3、本专利技术可实现二十四小时实时监测，发现异常及时发出警示信号，避免人工未能及时巡检到位而造成输送机异常状况的恶化；4、本专利技术装置可作为单机使用，也可通过信号传输接口与多个同样的装置级联使用。附图说明图1为本专利技术实施例装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例装置中控制模块的电路原理图；图3为本专利技术实施例装置的安装示意图；图4为本专利技术实施例方法的流程图；图5为本专利技术实施例方法中建立数学模型用于计算声源坐标的二维坐标平面。图中，1-第一固定支架，2-第二固定支架，3-金属外壳，4-数据处理模块，5-数据存储模块，6-控制模块，7-电源模块，8-信号以及电源接口模块，9-图像采集模块，10-图像采集窗口，11-图像预处理模块，12-麦克风阵列D，13-声卡模块，14-音频接口模块，15-煤矿巷道，16-第一音频连接线，17-麦克风阵列A，18-煤矿输送机，19-人行路面，20-麦克风阵列B，21-第二音频连接线，22-主机。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。如图1、图2所示，本专利技术实施例一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置，包括主机22，主机22的外壳为金属外壳3，金属外壳3内部设置有数据处理模块4、数据存储模块5、控制模块6、电源模块7、图像采集模块9、图像预处理模块11和声卡模块13，金属外壳3上侧设置有第一固定支架1、第二固定支架2和音频接口模块14，侧面设置有信号以及电源接口模块8、图像采集窗口10以及麦克风阵列D12，本装置还连接有麦克风阵列A17和麦克风阵列B20，音频接口模块14用于分别通过第一音频连接线16、第二音频连接线21连接至麦克风阵列A17和麦克风阵列B20。麦克风阵列D12、麦克风阵列A17和麦克风阵列B20采集煤矿巷道声音，并将采集声音传递给声卡模块13，声卡模块13完成对原始声音信号的放大、滤波、去噪和通过声电转换将声音信号转换为电信号，然后将电信号传递给数据处理模块4，图像采集模块9使用带广角镜头的工业相机，通过图像采集窗口10采集煤矿巷道内图像，并将图像传递给图像预处理模块11，图像预处理模块11用于对图像信息进行去噪声、中值滤波以及信号放大，然后将处理后图像信息传递给数据处理模块4，数据处理模块4完成对声音信号和图像信号的分析判断，同时根据分析结果完成警示信号的发送以及数据的存储，数据存储模块5用于保存分析结果，方便使用人员随时查看。控制模块6内部包含两个电磁继电器用于警示信号发送以及多个接线端口用于多个同样的本装置级联以及本装置调试等功能的实现。电源模块7主要用来对数据处理模块4、数据存储模块5、控制模块6、图像采集模块9、图像预处理模块11、麦克风阵列D12、声卡模块13、麦克风阵列A17和麦克风阵列B20进行供电，信号以及电源接口模块8主要用来外接电源、多个装置级联和信息输出。如图3所示，主机22通过第一固定支架1和第二固定支架2固定在煤矿巷道15的顶部，麦克风阵列A17和麦克风阵列B20分别安装在煤矿巷道15两侧巷道壁上，并且麦克风阵列D12、麦克风阵列A17和麦克风阵列B20排列成一条直线，该直线与煤矿巷道15的地面平行，麦克风阵列A17和麦克风阵列B2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置，其特征在于：包括主机（22），主机（22）设置有金属外壳（3），金属外壳（3）内设有数据处理模块（4）、数据存储模块（5）、控制模块（6）、图像采集模块（9）、图像预处理模块（11）和声卡模块（13），数据处理模块（4）分别与数据存储模块（5）、声卡模块（13）、图像预处理模块（11）和控制模块（6）相连，图像采集模块（9）与图像预处理模块（11）相连；图像采集模块（9）采集煤矿巷道内的图像，图像预处理模块（11）用于对图像信息进行去噪声、中值滤波以及图像分割；声卡模块（13）用于对设置在煤矿巷道内的若干麦克风阵列采集的声音放大、滤波、去噪和把声音信号转换为电信号；数据处理模块（4）用于对声音信号和图像信号的分析判断，根据分析结果完成煤矿输送机异常信号的发送。

【技术特征摘要】
1.一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置，其特征在于：包括主机（22），主机（22）设置有金属外壳（3），金属外壳（3）内设有数据处理模块（4）、数据存储模块（5）、控制模块（6）、图像采集模块（9）、图像预处理模块（11）和声卡模块（13），数据处理模块（4）分别与数据存储模块（5）、声卡模块（13）、图像预处理模块（11）和控制模块（6）相连，图像采集模块（9）与图像预处理模块（11）相连；图像采集模块（9）采集煤矿巷道内的图像，图像预处理模块（11）用于对图像信息进行去噪声、中值滤波以及图像分割；声卡模块（13）用于对设置在煤矿巷道内的若干麦克风阵列采集的声音放大、滤波、去噪和把声音信号转换为电信号；数据处理模块（4）用于对声音信号和图像信号的分析判断，根据分析结果完成煤矿输送机异常信号的发送。2.根据权利要求1所述的一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置，其特征在于：所述麦克风阵列包括麦克风阵列A（17）、麦克风阵列B（20）和麦克风阵列D（12），麦克风阵列A（17）和麦克风阵列B（20）分别安装在煤矿巷道（15）两侧巷道壁上，麦克风阵列D（12）设置在所述金属外壳（3）的侧面上，麦克风阵列A（17）、麦克风阵列B（20）通过设置在所述金属外壳（3）上的音频接口模块（14）与所述主机（22）相连。3.根据权利要求1所述的一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置，其特征在于：所述主机（22）还包括电源模块（7）和信号以及电源接口模块（8），电源模块（7）和信号以及电源接口模块（8）相连，电源模块（7）用于对所述主机（22）供电，信号以及电源接口模块（8）用于外接电源、多个所述主机（22）的级联和信息输出。4.根据权利要求1所述的一种基于声音定位的煤矿输送机异常检测装置，其特征在于：在所述图像采集模块（9）的前端设有图像采集窗口（10）。5.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔铁柱，侯成成，杨毅，张海涛，韦宏艳，阎高伟，靳宝全，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14