本发明涉及故障检测，尤其涉及一种用于模拟设备故障声音的便携式故障声音模拟装置。
背景技术：
1、在现代工业生产中，设备的正常运行对于保障生产效率、产品质量和安全生产至关重要。声音作为设备运行状态的一种重要表征，蕴含着丰富的故障信息。通过对设备运行声音的监测和分析，可以有效地发现潜在的故障隐患，并采取相应的维修措施。
2、传统的设备故障声音检测方法主要依赖于人工听诊和经验判断。然而，这种方法存在诸多局限性。一方面，人工听诊的准确性和可靠性很大程度上取决于检测人员的经验和技能水平，容易出现误判和漏判的情况；另一方面，人工听诊无法对声音进行定量分析和长期监测，难以发现一些潜在的、渐进性的故障。此外，为了提高故障检测人员的技能水平和应对能力，需要对他们进行专门的培训。但在实际工作中，由于故障的发生具有不确定性和随机性，很难为学员提供足够的真实故障声音样本进行学习和训练。
3、随着技术的发展，出现了一些基于声音分析的设备故障检测系统。这些系统通常采用声学传感器和信号处理技术，对设备运行声音进行采集、分析和诊断。为了确保声音故障检测设备能够随时准确识别故障，需要定期对其工作状态进行测试。传统的测试方法通常依赖于实际发生的故障或者在实验室中模拟故障条件，这些方法存在成本高、效率低、风险大等缺点，且难以模拟多个故障同时发生的情况。因此，开发一种便携式故障声音模拟装置，能够方便地模拟出各种设备的故障声音，对于提高设备故障检测的效率和准确性，以及加强故障检测人员的培训效果，具有重要的现实意义和应用价值。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种便携式故障声音模拟装置，该装置能够模拟各种设备故障声音，用于测试声音故障检测设备的工作状态。
2、本发明一种便携式故障声音模拟装置，包括壳体、控制单元、数据处理单元、声音播放单元、显示单元、按键单元、存储单元、音频输出接口、供电单元；
3、控制单元，位于壳体内，分别与数据处理单元连接、按键单元、显示单元连接；数据处理单元，位于壳体内，与存储单元、控制单元和声音播放单元及音频输出接口连接；声音播放单元，位于壳体内；显示单元，设置在壳体上，与控制单元连接，用于显示信息和参数；按键单元，设置在壳体上；存储单元，位于壳体内，用于存储各种故障声音样本；音频输出接口，设置于壳体上，可用来连接外部的待测设备；供电单元设置于壳体内，分别与控制单元、数据处理单元、声音播放单元、显示单元、按键单元连接，提供所需的电；控制单元根据按键单元的按键信息和参数选择，对数据处理单元进行操作控制；
4、数据处理单元根据控制单元的操作控制，从存储单元选择合适的故障声音样本作为待拟合的声音样本进行拟合和优化，得到优化后的音频信号，并输出给声音播放单元或音频输出接口。
5、本发明的进一步改进在于，所述按键单元包括扫描电路和按键矩阵，所述按键矩阵位于壳体的表面，所述扫描电路位于壳体内，与控制单元连接，用于实时扫描按键矩阵状态，确定被按下的按键并生成对应的按键信息发送给控制单元。
6、本发明的进一步改进在于，所述参数包括总播放时长、输出音量、循环次数；
7、数字处理单元对待拟合的声音样本进行拟合和优化的处理过程如下：
8、步骤s1：根据控制单元的操作控制，确定模拟的故障类型；
9、步骤s2：基于模拟的故障类型，确定待拟合的声音样本，并对待拟合的声音样本分别进行初步分析与预处理；
10、步骤s3：对初步分析与预处理后的待拟合的声音样本进行合成，得到音频信号；
11、步骤s4：对音频信号进行优化得到优化后的音频信号，并发送至声音播放单元或音频输出接口。
12、本发明的进一步改进在于，步骤s2中的初步分析和预处理是指：对待拟合的声音样本进行频谱分析、幅度分析和噪声估计；
13、频谱分析是指：对待拟合的声音样本进行快速傅里叶变换，将其从时域转换到频域，从而通过分析频谱，确定待拟合的声音样本的频率成分、谐波结构以及带宽特征；幅度分析是指：计算待拟合的声音样本的幅度分布，为音量调整提供依据；噪声估计是指通过分析待拟合的声音样本的频谱、时域特征或使用噪声估计算法来对待拟合的声音样本的背景噪声进行估计，从而确定待拟合的声音样本中的噪声成分及特性。
14、本发明的进一步改进在于，步骤s3包括以下步骤：
15、步骤s31：确定待拟合的声音样本的合成顺序；
16、步骤s32：基于总播放时长对待拟合的声音样本的播放时长进行调整；
17、步骤s33：基于输出音量对待拟合的声音样本的音量进行调整；
18、步骤s34：确定待拟合的声音样本的混合方法；
19、步骤s35：判断待拟合的声音样本是否需时间同步；若需要，则对待拟合的声音样本进行时间同步处理，然后进入步骤s36；若不需要，则直接进入步骤s36；
20、步骤s36：基于待拟合的声音样本的合成顺序、待拟合的声音样本的播放时长、混合方法将待拟合的声音样本进行合成，得到音频信号。
21、本发明的进一步改进在于，步骤s4中对音频信号进行优化的过程如下：
22、步骤s41：基于步骤s2中的噪声估计确定的噪声成分及特性来确定滤波器及对应的滤波参数，并采用自适应噪声抑制技术对音频信号进行噪声抑制；
23、步骤s42：基于模拟的故障类型的故障特征或频率成分，确定音频信号中的增强目标并选择相应的信号增强算法对进行信号增强，得到优化后的音频信号。
24、本发明的进一步改进在于，若音频信号中增强目标为频率选择性增强，则通过带通滤波器或者频率加权对选定的频率进行增强；若音频信号中增强目标为时域增强，则通过信号放大或峰值增强的方式在时域上对音频信号进行增强；若音频信号中增强目标为自适应增强，则采用自适应增强算法对音频信号的变化进行自适应调整。
25、本发明的进一步改进在于，步骤s33和步骤s34之间，还具有故障类型模拟调整步骤；
26、故障类型模拟调整步骤：基于模拟的故障类型对待拟合的声音样本进行特定处理；若模拟的故障类型为电机故障，则在待拟合的声音样本中添加特定频率的噪声成分，所述噪声成分为白噪声或粉红噪声。
27、本发明的进一步改进在于，按键矩阵集成有多个轻触开关，所述轻触开关包括开机键、上键、下键、左键、右键、确认键、取消键、播放键。
28、本发明的进一步改进在于，所述音频输出接口包括耳机接口、rca线路接口和蓝牙无线接口。
29、本发明的有益效果：
30、1.本发明将各个单元集成在壳体内，使得装置较为轻便，易于携带至任何工业现场进行测试。
31、2.操作简便：本发明设置的显示单元及按键单元，具有界面直观，易于学习和操作的特点。
32、3.声音真实性：本发明的数字处理单元采用高质量的数字信号处理技术，生成的声音信号逼真，有效模拟真实故障声音。
33、4.参数调节灵活性：用户可以根据测试需求，通过按键单元灵活调节声音的多种参数。
34、5.兼容性：本方提供多种音频输出接口，适应不同的声音故障检测设备。