具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统及其收声模块技术方案

本发明专利技术提出了一种具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统及其收声模块，系统包括巡检装置、收声模块、信号处理模块、无线发射模块、无线接收模块、上位机；收声模块包括外壳、声音转换单元和基座，外壳包括两斜面，两斜面一侧相连，另一侧相远离，声音转换单元设置在两斜面的连接处。信号处理模块与收声模块相连接，用于对声音信号进行处理；无线发射模块与信号处理模块相连接，用于发射声音信号；无线接收模块用于接收无线发射模块传输的声音信号，并将接收的声音信号传输给上位机。本发明专利技术提出的巡检系统可以从结构和原理上解决声音信号采集过程中的多声源混叠现象，减弱或屏蔽来自其它声源的噪声信息，实现指向性采样。实现指向性采样。实现指向性采样。

【技术实现步骤摘要】
具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统及其收声模块


[0001]本专利技术涉及设备状态监测与故障诊断领域，具体涉及一种具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统及收声模块。

技术介绍

[0002]带式输送机因其运输量大，可实现连续运输和长距离运输等特点，在工业生产领域特别是煤炭行业广泛使用，成为煤炭生产中的关键运输设备之一。托辊作为带式输送机的关键部件之一，主要起到支撑输送带和承载及减小运行阻力的作用。但是在带式输送机连续运转过程中，托辊难免会出现故障，而托辊故障是引起带式输送机停机的主要原因之一，因此对带式输送机的健康监测和故障诊断十分必要。
[0003]传统的人工巡检因精度低且易受人工主观因素影响，不能满足巡检工作的需要。现有的接触式测量，又存在不便于安装操作，不适合井下大范围故障检测，信息处理量大等问题。
[0004]轨边声学检测是带式输送机托辊轴承检测的有效手段之一，通过安装在巡检装置上的收声阵列采集托辊轴承发出的声音信号，并对采集到的信号进行处理，实现托辊轴承的健康监测与故障诊断。但是该技术存在多普勒畸变、强噪声和多声源混叠等问题。
[0005]专利CN108801637B提出的一种用于列车轴承轨边声学检测的抛物面声镜阵列采集装置，通过光学镜像原理实现声音信号的采集工作，从原理上解决了多普勒畸变和强噪声问题，但是却没有考虑多声源混叠和信号采集长度的问题。该专利技术专利涉及的装置仅能够接收抛物面声镜正对声源发出的声信号，从而能够感知的移动声源范围与抛物面声镜口径一致。如果抛物面声镜口径过小，导致采集的数据长度很短，难以包含足够多的声信号特征；如果抛物面声镜口径过大，会导致多声源混叠严重。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：本专利技术针对带式输送机托辊轴承巡检过程中，由于巡检装置和托辊有相对运动而导致的同一声音传感器在同一时刻会接收到来自不同托辊的声音信号，进而会导致在声音信号采集过程中的多声源混叠问题，多声源混叠问题会增加系统计算复杂度、降低故障诊断的准确率和实时性。从而提出一种具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统及收声模块，实现对其它声源或噪声信号被屏蔽或者削弱，实现指向性采样。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0008]一种具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统，包括巡检装置、收声模块、信号处理模块、无线发射模块、无线接收模块、上位机；
[0009]巡检装置能够沿设定路径移动；
[0010]收声模块包括外壳、声音转换单元和基座，所述基座安装于所述巡检装置，所述外壳安装在基座上，所述外壳包括两斜面，两所述斜面一侧相连，另一侧相远离，所述声音转换单元设置在两斜面的连接处，所述声音转换单元用于采集到声音信号；
[0011]所述信号处理模块与所述收声模块相连接，用于对声音信号进行处理；
[0012]所述无线发射模块与所述信号处理模块相连接，用于发射声音信号；
[0013]所述无线接收模块用于接收所述无线发射模块传输的声音信号，并将接收的声音信号传输给上位机，上位机用于存储和分析接收的声音信号。
[0014]优选地，所述外壳还包括两连接面，两斜面与两连接面形成棱锥形结构，所述声音转换单元位于棱锥的顶点处，棱锥的底面处为开口使棱锥内腔与外部连通。
[0015]优选地，两斜面共边形成V字形，多个声音转换单元间隔设于两斜面的连接处。
[0016]优选地，所述外壳还包括两连接面，两连接面分别垂直连接于两斜面的两侧。
[0017]优选地，多个外壳呈线性或矩阵式阵列排布于所述基座，每一外壳内至少设置一声音转换单元。
[0018]优选地，所述具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统用于检测带式输送机的托辊的声音，两斜面的夹角不大于临界夹角α：
[0019]临界夹角
[0020]L为相邻两托辊的间距的一半，两斜面连接处距离托辊的垂直距离为D，托辊的半径为r。
[0021]优选地，所述巡检装置沿着带式输送机运行方向或反方向对托辊轴承进行巡检，并与带式输送机始终保持恒定距离。
[0022]本专利技术还提供一种收声模块，包括外壳和声音转换单元，所述外壳包括两斜面，两所述斜面一侧相连，另一侧相远离，所述声音转换单元设置在两斜面的连接处，所述声音转换单元用于采集到声音信号。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]1.本专利技术的收声模块通过外壳的两斜面来阻挡声音传播，可以保证在巡检过程中同一时刻只能采集到一个托辊的声音信号，解决在巡检过程中的多声源混叠问题。
[0025]2.本专利技术的收声模块可以减弱或屏蔽来自其它声源的噪声信息，实现对托辊轴承信号的指向性采样，提高了检测的准确性。
[0026]3.本专利技术的多个外壳呈线性或矩阵式阵列排形成的收声阵列可达到延长采集单个声音信号的长度，增加移动采样时间，解决移动采样信号分析短的问题。
[0027]4.本专利技术的收声模块的两斜面共边形成V字形，多个声音转换单元间隔设于两斜面的连接处可以保证多个声音转换单元同时采集同一托辊的声源信号，从而避免由于声音转换单元出现问题而导致的偶然性误差，达到排除异己的效果，能提高检测的兼容性和准确率。
附图说明
[0028]图1为收声阵列声音采集系统原理框图。
[0029]图2为收声阵列安装示意图。
[0030]图3为收声模块示意图，。
[0031]图4为收声模块三维示意图。
[0032]图5为收声模块消除多声源混叠示意图。
[0033]图6为收声阵列示意图。
[0034]图7为变体/改进型示意图，其中图7(a)中的1为声音转换单元，2为V 字拉伸体，图7(b)为V字拉伸体的改进型。
[0035]图8为声音采集实际数据图，其中图8(a)为使用收声模块中外壳的时域图，图8(b)为未使用外壳的时域图。
[0036]图中：1、1
’
：外壳；11、11
’
：斜面；2：声音转换单元；3：基座；4：巡检装置；5：托辊；
具体实施方式
[0037]如图1所示，本专利技术的一种具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统，包括：巡检装置4、收声模块、信号处理模块、无线发射模块、无线接收模块和上位机。
[0038]其中，如图2所示，巡检装置4顶部固定有收声模块，收声模块包括外壳 1、声音转换单元2和基座3，声音转换单元2设置在外壳1的中心最里处，外壳1安装在基座上3。外壳1的截面大致呈V型。外壳1包括两斜面11，两所述斜面11一侧相连，另一侧相远离，所述声音转换单元2设置在两斜面11的连接处。
[0039]在本实施例中，外壳1为棱锥形。两斜面11的顶点相连接。
[0040]下面对收声模块中的外壳1进行结构分析，我们通过对两斜面11夹角进行设计调整，在结构和原理上解决多声源混叠问题。如图3所示，设两托辊5间距的一半为L，外壳1顶点距离托辊5的垂直距离为D，且托本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统，其特征在于：包括巡检装置、收声模块、信号处理模块、无线发射模块、无线接收模块、上位机；巡检装置能够沿设定路径移动；收声模块包括外壳、声音转换单元和基座，所述基座安装于所述巡检装置，所述外壳安装在基座上，所述外壳包括两斜面，两所述斜面一侧相连，另一侧相远离，所述声音转换单元设置在两斜面的连接处，所述声音转换单元用于采集到声音信号；所述信号处理模块与所述收声模块相连接，用于对声音信号进行处理；所述无线发射模块与所述信号处理模块相连接，用于发射声音信号；所述无线接收模块用于接收所述无线发射模块传输的声音信号，并将接收的声音信号传输给上位机，上位机用于存储和分析接收的声音信号。2.根据权利要求1所述的一种具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统，其特征在于：所述外壳还包括两连接面，两斜面与两连接面形成棱锥形结构，所述声音转换单元位于棱锥的顶点处，棱锥的底面处为开口使棱锥内腔与外部连通。3.根据权利要求1所述的一种具有收声阵列的带式输送机声信号巡检系统，其特征在于：两斜面共边形成V字形，多个声音转换单元间隔...

【专利技术属性】
技术研发人员：江帆，程舒曼，朱真才，周公博，孟娜娜，皇行涛，马金磊，沈熙，江峰，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：