六面顶压机顶锤监测系统、方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种六面顶压机顶锤监测系统、方法及装置，系统包括：数据处理单元、音频信号处理单元以及设于六面顶压机的麦克风阵列；麦克风阵列与音频信号处理单元的输入端连接，数据处理单元与音频信号处理单元的输出端连接；麦克风阵列用于实时采集六面顶压机的顶锤发出的声音信号；音频信号处理单元用于处理声音信号并将处理后的声音信号发至数据处理单元；数据处理单元用于根据处理后的声音信号分析顶锤的状态。本发明专利技术利用麦克风阵列的特性和优势以及现有针对麦克风阵列信号的处理手段，能够及时监测顶锤是否出现断裂并精准定位到断裂的顶锤，既解决了传统人工巡检的诸多弊端，也克服了其他现有监测方式安装费时费力且受环境干扰较大的问题。

Monitoring System, Method and Device for the Hammer of Hexahedral Top Press

【技术实现步骤摘要】
六面顶压机顶锤监测系统、方法及装置
本专利技术涉及工程设备监测领域，尤其涉及一种六面顶压机顶锤监测系统、方法及装置。
技术介绍
铰链式六面顶超高压高温金刚石合成压机(简称六面顶压机)，主要由主机座和六个相同的工作缸及其活塞组成建立超高压的关键构件。如图1～图2所示，每个活塞端都装有大垫块10、小垫块20和顶锤30，六个方向上的部件基本相同，此处不做赘述。其中，顶锤30是六面顶压机赖以产生超高压力的关键零件，一般是由钨钴类硬质合金制造的。而顶锤断裂是人造金刚石合成过程中常见的一种生产事故，若未能及时发现更换而继续生产，不仅会引发“多米诺骨牌效应”——因受力不均匀而致使其它顶锤相继断裂，增加设备后期维护成本，还可能会引发塌锤甚至放炮事故，造成人员的受伤。因此，研究六面顶压机工作状态的实时监测及断裂的顶锤的位置判定，实现实时在线报警及停机等及时处置，则会给企业带来巨大的经济效益和社会效益。在现有技术中，六面顶压机顶锤断裂监测主要有以下三种方法：1)人工现场巡检：例如手工划锤或凭经验通过人耳捕捉顶压机运转过程中顶锤断裂时发出的“咔啪”声。2)利用声发射传感器监测：例如将该声发射传感器安装在一个中空的信号传导管的内腔中以捕捉顶锤由于断裂产生的应力波信号，该信号传导管的前端开口必须与六面顶压机的顶锤中心相对。3)利用超声波监测：例如在六面顶压机的六个顶锤的各自垫块上设置一个空腔体，腔内安装超声波换能器，将监测到的断裂信号转换为电信号进行处理。但上述现有技术均存在弊端：1)人工巡检方法的手段相对落后且依赖主观较多，准确度和及时性难以保证，并且大大消耗人力成本，影响生产效率。2)声发射传感器方法对中要求较为严格，高标准的安装工艺使得该方式在实际操作中既费时又费力，尤其，一旦对中发生偏移，则监测出的结果基本无效。3)超声波监测过程中信号衰减严重、灵敏度低、测试范围小且易受到环境影响，例如设备本身的振动会使超声监测产生较大误差；尤其地，在对故障顶锤精准定位时需要逐点进行测量，同样费时费力。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种六面顶压机顶锤监测系统、方法及装置，用以克服上述缺陷，弥补不足。本专利技术采用的技术方案如下：一种六面顶压机顶锤监测系统，包括：数据处理单元、音频信号处理单元以及设于六面顶压机的麦克风阵列；所述麦克风阵列与所述音频信号处理单元的输入端连接，所述数据处理单元与所述音频信号处理单元的输出端连接；所述麦克风阵列用于实时采集六面顶压机的顶锤发出的声音信号；所述音频信号处理单元用于处理所述声音信号并将处理后的所述声音信号发至所述数据处理单元；所述数据处理单元用于根据处理后的所述声音信号分析顶锤的状态。可选地，所述麦克风阵列中的麦克风单元安装在六面顶压机的活塞的大垫块上。可选地，所述麦克风单元数量为三个，三个所述麦克风单元分别安装在三个活动缸或三个固定缸的所述大垫块上。可选地，三个所述麦克风单元两两间距相等，构成正三角形的麦克风阵列。可选地，所述系统还包括：警示单元以及控制六面顶压机运行的主控单元；所述主控单元与所述数据处理单元连接，用于根据所述数据处理单元发送的顶锤的状态，控制六面顶压机停机和/或触发所述警示单元输出报警信号。一种六面顶压机顶锤监测方法，包括：实时获取由麦克风阵列采集的六面顶压机工作状态下的声音信号；对所述声音信号进行初步分析，识别出疑似目标音频数据；基于预设的模式识别策略，从所述疑似目标音频数据中确定真实的顶锤断裂音频数据。可选地，所述对所述声音信号进行初步分析，识别出疑似目标音频数据包括：以设定时间段内的所述声音信号作为分析单位，计算所述声音信号的时域及频域值；根据时域及频域计算结果与预设的判断阈值的关系，分析所述声音信号是否为疑似目标音频数据。可选地，所述计算所述声音信号的时域及频域值包括：计算设定时间段内所述声音信号的时域最大值和时域最小值；计算设定时间段内所述声音信号的预设频带范围内的能量总和；所述根据时域及频域计算结果与预设的判断阈值的关系，分析所述声音信号是否为疑似目标音频数据包括：当所述时域最大值大于预设的时域正向阈值、且所述时域最小值小于预设的时域负向阈值、且所述能量总和大于预设的能量阈值时，判定该设定时间段内的所述声音信号为疑似目标音频数据。可选地，所述基于预设的模式识别策略，从所述疑似目标音频数据中确定真实的顶锤断裂音频数据包括：从所述疑似目标音频数据的每一个数据帧中提取多维特征，所述多维特征由时域特征和/或频域特征组成；根据所述多维特征以及预先构建的识别模型，确定出真实的顶锤断裂音频数据。可选地，所述方法还包括：依次调用麦克风阵列的一个麦克风单元作为参考阵元；利用所述参考阵元，定位所述顶锤断裂音频数据的来源位置。一种六面顶压机顶锤监测装置，包括：声音采集模块，用于实时获取由麦克风阵列采集的六面顶压机工作状态下的声音信号；初步分析模块，用于对所述声音信号进行初步分析，识别出疑似目标音频数据；模式识别模块，用于基于预设的模式识别策略，从所述疑似目标音频数据中确定真实的顶锤断裂音频数据。可选地，所述初步分析模块具体包括：音频分析单元，用于以设定时间段内的所述声音信号作为分析单位，计算所述声音信号的时域及频域值；疑似数据判定单元，用于根据时域及频域计算结果与预设的判断阈值的关系，分析所述声音信号是否为疑似目标音频数据。可选地，所述音频分析单元具体包括：时域值计算组件，用于计算设定时间段内所述声音信号的时域最大值和时域最小值；频域值计算组件，用于计算设定时间段内所述声音信号的预设频带范围内的能量总和；所述疑似数据判定单元具体用于，当满足所述时域最大值大于预设的时域正向阈值、且所述时域最小值小于预设的时域负向阈值、且所述能量总和大于预设的能量阈值时，判定该设定时间段内的所述声音信号为疑似目标音频数据。可选地，所述模式识别模块具体包括：多维特征提取单元，用于从所述疑似目标音频数据的每一个数据帧中提取多维特征，所述多维特征由时域特征和/或频域特征组成；真实断裂数据识别单元，用于根据所述多维特征以及预先构建的识别模型，确定出真实的顶锤断裂音频数据。可选地，所述装置还包括：参考阵元调用模块，用于依次调用麦克风阵列的一个麦克风单元作为参考阵元；断裂声源定位模块，用于利用所述参考阵元，定位所述顶锤断裂音频数据的来源位置。综上可见，通过引入麦克风阵列技术，本专利技术实现了六面顶压机顶锤的实时在线监测，既解决了传统人工巡检的诸多弊端，也克服了其他现有监测方式安装费时费力且受环境干扰较大的问题。进一步地，对实时采集的声音信号进行分析能够初步得到疑似数据，再通过模式识别技术，进一步得到真实的顶锤断裂音频数据；进一步地，基于声源定位技术还可以确定出真实的顶锤断裂音频数据的来源，以便控制设备停机并警示检修。可见，本专利技术基于麦克风阵列的布局结构，采用数据预挑选以及模式识别的方式分析设备运行状态，并以声源定位技术锁定故障顶锤位置，以此综合实现了六面顶压机的顶锤状态的实时监测。附图说明为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步描述，其中：图1为六面顶压机的立体结构示意图；图2为六面顶压机的内部结构示意图；图3为本专利技术提供的六面顶压机顶锤监测系统的实施例的方框图；图4为本专利技术提供的六面顶压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六面顶压机顶锤监测系统，其特征在于，包括：数据处理单元、音频信号处理单元以及设于六面顶压机的麦克风阵列；所述麦克风阵列与所述音频信号处理单元的输入端连接，所述数据处理单元与所述音频信号处理单元的输出端连接；所述麦克风阵列用于实时采集六面顶压机的顶锤发出的声音信号；所述音频信号处理单元用于处理所述声音信号并将处理后的所述声音信号发至所述数据处理单元；所述数据处理单元用于根据处理后的所述声音信号分析顶锤的状态。

【技术特征摘要】
1.一种六面顶压机顶锤监测系统，其特征在于，包括：数据处理单元、音频信号处理单元以及设于六面顶压机的麦克风阵列；所述麦克风阵列与所述音频信号处理单元的输入端连接，所述数据处理单元与所述音频信号处理单元的输出端连接；所述麦克风阵列用于实时采集六面顶压机的顶锤发出的声音信号；所述音频信号处理单元用于处理所述声音信号并将处理后的所述声音信号发至所述数据处理单元；所述数据处理单元用于根据处理后的所述声音信号分析顶锤的状态。2.根据权利要求1所述的六面顶压机顶锤监测系统，其特征在于，所述麦克风阵列中的麦克风单元安装在六面顶压机的活塞的大垫块上。3.根据权利要求2所述的六面顶压机顶锤监测系统，其特征在于，所述麦克风单元数量为三个，三个所述麦克风单元分别安装在三个活动缸或三个固定缸的所述大垫块上。4.根据权利要求3所述的六面顶压机顶锤监测系统，其特征在于，三个所述麦克风单元两两间距相等，构成正三角形的麦克风阵列。5.根据权利要求1～4任一项所述的六面顶压机顶锤监测系统，其特征在于，所述系统还包括：警示单元以及控制六面顶压机运行的主控单元；所述主控单元与所述数据处理单元连接，用于根据所述数据处理单元发送的顶锤的状态，控制六面顶压机停机和/或触发所述警示单元输出报警信号。6.一种六面顶压机顶锤监测方法，其特征在于，包括：实时获取由麦克风阵列采集的六面顶压机工作状态下的声音信号；对所述声音信号进行初步分析，识别出疑似目标音频数据；基于预设的模式识别策略，从所述疑似目标音频数据中确定真实的顶锤断裂音频数据。7.根据权利要求6所述的六面顶压机顶锤监测方法，其特征在于，所述对所述声音信号进行初步分析，识别出疑似目标音频数据包括：以设定时间段内的所述声音信号作为分析单位，计算所述声音信号的时域及频域值；根据时域及频域计算结果与预设的判断阈值的关系，分析所述声音信号是否为疑似目标音频数据。8.根据权利要求7所述的六面顶压机顶锤监测方法，其特征在于，所述计算所述声音信号的时域及频域值包括：计算设定时间段内所述声音信号的时域最大值和时域最小值；计算设定时间段内所述声音信号的预设频带范围内的能量总和；所述根据时域及频域计算结果与预设的判断阈值的关系，分析所述声音信号是否为疑似目标音频数据包括：当所述时域最大值大于预设的时域正向阈值、且所述时域最小值小于预设的时域负向阈值、且所述能量总和大于预设的能量阈值时，判定该设定时间段内的所述声音信号为疑似目标音频数据。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫润强，时勇强，邓柯珀，陈帅华，张强，
申请(专利权)人：洛阳语音云创新研究院，
类型：发明
国别省市：河南,41