基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法与流程

本技术涉及故障定位，尤其涉及一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。

背景技术：

1、在分析设备状态时，设备组件的噪声是最常用的监测值和分析参数；噪声的功率谱密度变化可以指示设备的健康状态，例如设备松动、断裂以及管道泄露等故障监测，通常采用噪声监测的方法，并根据声像仪进行声源定位来确定故障的位置。

2、声像仪是使用声学成像技术，利用传声器阵列确定声源位置，通过图像的方式展示声源的分布状态和位置，以颜色或者亮度来表示声音的强弱，从而帮助人们快速的定位噪声位置，以解决人耳定位声音能力有限的问题。

3、目前已有的设备，例如声像仪，作为一种小型的传声器阵列，其成像的范围非常有限；并且现有一般是要求同步采集系统，因此对系统的同步要求较高，部署难度大。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。

2、本技术第一方面实施例提出了一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法，包括：

3、部署k个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁，k个传声器阵列之间间隔θ，k为正整数，且k≥1，θ为间隔角度，且θ≥0°；获取k个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数，第k个传声器阵列中包含ak个传声器，其中，1≤k≤k，ak≥1，所述信号校正参数包括每个传声器的距离相对误差、角度相对误差和增益因子；

4、通过k个传声器阵列分别对设备内z个噪声声源进行信号采集，并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据，其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向，z为正整数，且z≥1；

5、根据每个传声器所采集的波形数据，确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。

6、在本技术的一个实施例中，所述方法还包括：

7、根据每个传声器所采集的波形数据，确定所述噪声源当前时刻的累加噪声功率。

8、在本技术的一个实施例中，所述方法还包括：

9、根据所述噪声源所在设备位置和所述累加噪声功率，确定噪声源所在位置的设备工作状态。

10、在本技术的一个实施例中，所述方法还包括：

11、基于所述噪声源所在位置、所述累加噪声功率和对应所在位置设备的工作状态中的一个或多个，生成设备内部的噪声成像数据；

12、对所述噪声成像数据进行渲染并展示。

13、在本技术的一个实施例中，所述根据每个传声器所采集的波形数据，确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率，包括：

14、针对所述k个传声器阵列中第k个传声器阵列，对所述第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理，得到所述第k个传声器阵列的功率谱密度，其中，所述功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率，所述k的取值为1至k；

15、基于所述k个传声器阵列的功率谱密度，确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。

16、在本技术的一个实施例中，所述基于所述k个传声器阵列的功率谱密度，确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率，包括：

17、对于k个所述功率谱密度中第k个所述功率谱密度所包含的位置和该位置上的噪声功率，若该位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值，则该位置确定为一个噪声源；若存在多个位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值时，则确定为多个噪声源；

18、分别从k个所述功率谱密度中，确定第i个噪声源在当前时刻的k个噪声功率，所述i的取值为1至z；

19、从所述k个噪声功率中，确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率，并确定所述大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数；

20、若所述第一个数大于或者等于设定个数，确定所述第i个噪声源为真实噪声源。

21、在本技术的一个实施例中，所述方法还包括：

22、若所述第一个数小于设定个数，确定所述第i个噪声源为伪噪声源。

23、在本技术的一个实施例中，所述基于所述k个传声器阵列的第一功率谱密度，确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率之后，还包括：

24、针对每个所述真实噪声源所在位置，对每个所述功率谱密度中该真实噪声源所在位置当前的噪声功率进行求和，得到在该位置真实噪声源的所述累和噪声功率。

25、在本技术的一个实施例中，所述方法还包括：

26、获取预先标定的每个噪声声源及所在位置设备在正常工作状态下的最大累和噪声功率；

27、针对实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率，与对应位置的噪声源在正常工作状态下的最大累和噪声功率进行比较；

28、若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率等于正常工作状态下的所述噪声源的累和噪声功率，确定所述位置设备处于正常工作状态，所述等于是指两者的累和噪声功率之差在某一个经验范围之内；

29、若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率大于正常工作状态下的所述噪声源的累和噪声功率，确定所述位置设备处于异常工作状态。

30、在本技术的一个实施例中，所述获取k个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数，包括：

31、确定第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器，所述k的取值为1至k；

32、由所述第一坐标传声器发送校正信号，获取所述第k个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第一接收信号，并基于每个剩余传声器的所述第一接收信号确定各自的第一时延；

33、由所述第二坐标传声器发送校正信号，获取所述第k个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第二接收信号，并基于每个剩余传声器的所述第二接收信号确定各自的第二时延；

34、基于所述第一时延和所述第二时延，确定所述第k个传声器阵列中每个传声器的坐标，其中，所述坐标中包括坐标距离和坐标角度；

35、根据每个传声器的坐标和设定坐标，得到每个传声器的所述距离相对误差和所述角度相对误差。

36、在本技术的一个实施例中，所述获取k个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数，包括：

37、从所述k个传声器阵列中选取一个传声器阵列，作为参考传声器阵列；

38、由所述参考传声器阵列中的第一坐标传声器发送增益补偿测试信号，获取所述k个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第三接收信号，并基于每个剩余传声器的所述第三接收信号确定各自的第三时延；

39、由所述参考传声器阵列中的第二坐标传声器发送增益补偿测试信号，获取所述k个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第四接收信号，并基于每个剩余传声器的所述第四接收信号确定各自的第四时延；

40、基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数、所述第三时延和第四时延，确定每个传声器的所述增益因子。

41、在本技术的一个实施例中，所述信号校正参数还包括传声器的干扰项衰减增益，所述方法还包括：

42、针对每个传声器，获取所述传声器采集到的信号频谱和干扰项的功率谱均值；

43、基于所述信号频谱和功率谱均值进行运算，得到后验信噪比；

44、基于所述后验信噪比和估计器，得到估计先验信噪比，并基于所述先验信噪比得到衰减增益。

45、在本技术的一个实施例中，所述对所述第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理，包括：

46、基于所述传声器所采集的波形数据进行加窗分帧，并进行傅里叶变换，得到初始频域数据；

47、基于所述传声器的衰减增益对所述频域数据进行去干扰处理，得到所述传声器的目标频域数据。

48、在本技术的一个实施例中，所述k个传声器阵列间隔部署在设备的侧壁周围紧贴设备外壁。

49、在该技术方案中，设定多个传声器阵列并获取每个传声器阵列中每个传声器对应的信号校正参数，进一步的，通过每个传声器阵列分别采集设备内噪声声源的信号，并基于每个传声器的信号校正参数得到传声器自身的波形数据，且信号校正参数包括多个维度，基于多个维度的信号校正参数获取传声器的波形数据进行真实噪声源的确定，确保了真实噪声源位置确定的准确性，并且分布式传声器阵列的部署难度较低，操作方便。

50、本技术第二方面实施例提出了一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定装置，包括：

51、第一获取模块，用于部署k个传声器阵列在设备外壁处紧贴设备外壁，k个传声器阵列之间间隔θ，k为正整数，且k≥1，θ为间隔角度，且θ≥0°；获取k个传声器阵列中每个传声器的信号校正参数，第k个传声器阵列中包含ak个传声器，其中，1≤k≤k，ak≥1，所述信号校正参数包括每个传声器的距离相对误差、角度相对误差和增益因子；

52、第二获取模块，用于通过k个传声器阵列分别对设备内z个噪声声源进行信号采集，并基于每个传声器的信号校正参数得到各自的波形数据，其中不同的传声器阵列对应不同的采集方向，z为正整数，且z≥1；

53、噪声声源确定模块，用于根据每个传声器所采集的时域波形数据，确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。

54、在本技术的一个实施例中，所述第二获取模块，用于：

55、根据每个传声器所采集的波形数据，确定所述噪声源当前时刻的累加噪声功率。

56、在本技术的一个实施例中，所述第二获取模块，还用于：

57、根据所述噪声源所在设备位置和所述累加噪声功率，确定噪声源所在位置的设备工作状态。

58、在本技术的一个实施例中，所述第二获取模块，还用于：

59、基于所述噪声源所在位置、所述累加噪声功率和对应所在位置设备的工作状态中的一个或多个，生成设备内部的噪声成像数据；

60、对所述噪声成像数据进行渲染并展示。

61、在本技术的一个实施例中，所述噪声声源确定模块，用于：

62、针对所述k个传声器阵列中第k个传声器阵列，对所述第k个传声器阵列中每个传声器所采集的波形数据进行频域处理，得到所述第k个传声器阵列的功率谱密度，其中，所述功率谱密度包括位置信息和该位置上的噪声功率，所述k的取值为1至k；

63、基于所述k个传声器阵列的功率谱密度，确定噪声源所在位置和该位置上的噪声功率。

64、在本技术的一个实施例中，所述噪声声源确定模块，用于：

65、对于k个所述功率谱密度中第k个所述功率谱密度所包含的位置和该位置上的噪声功率，若该位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值，则该位置确定为一个噪声源；若存在多个位置上的噪声功率大于或者等于设定功率阈值时，则确定为多个噪声源；

66、分别从k个所述功率谱密度中，确定第i个噪声源在当前时刻的k个噪声功率，所述i的取值为1至z；

67、从所述k个噪声功率中，确定大于或者等于设定功率阈值的噪声功率，并确定所述大于或者等于设定功率阈值的噪声功率的第一个数；

68、若所述第一个数大于或者等于设定个数，确定所述第i个噪声源为真实噪声源。

69、在本技术的一个实施例中，所述噪声声源确定模块，还用于：

70、若所述第一个数小于设定个数，确定所述第i个噪声源为伪噪声源。

71、在本技术的一个实施例中，所述噪声声源确定模块，还用于：

72、针对每个所述真实噪声源所在位置，对每个所述功率谱密度中该真实噪声源所在位置当前的噪声功率进行求和，得到在该位置真实噪声源的所述累和噪声功率。

73、在本技术的一个实施例中，所述噪声声源确定模块，还用于：

74、获取预先标定的每个噪声声源及所在位置设备在正常工作状态下的最大累和噪声功率；

75、针对实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率，与对应位置的噪声源在正常工作状态下的最大累和噪声功率进行比较；

76、若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率等于正常工作状态下的所述噪声源的累和噪声功率，确定所述位置设备处于正常工作状态，所述等于是指两者的累和噪声功率之差在某一个经验范围之内；

77、若所述实时获得的某一位置设备的噪声源累和噪声功率大于正常工作状态下所述噪声源的累和噪声功率，确定所述位置设备处于异常工作状态。

78、在本技术的一个实施例中，所述第一获取模块，用于：

79、确定第k个传声器阵列的第一坐标传声器和第二坐标传声器，所述k的取值为1至k；

80、由所述第一坐标传声器发送校正信号，获取所述第k个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第一接收信号，并基于每个剩余传声器的所述第一接收信号确定各自的第一时延；

81、由所述第二坐标传声器发送校正信号，获取所述第k个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述校正信号的第二接收信号，并基于每个剩余传声器的所述第二接收信号确定各自的第二时延；

82、基于所述第一时延和所述第二时延，确定所述第k个传声器阵列中每个传声器的坐标，其中，所述坐标中包括坐标距离和坐标角度；

83、根据每个传声器的坐标和设定坐标，得到每个传声器的所述距离相对误差和所述角度相对误差。

84、在本技术的一个实施例中，所述第一获取模块，用于：

85、从所述k个传声器阵列中选取一个传声器阵列，作为参考传声器阵列；

86、由所述参考传声器阵列中的第一坐标传声器发送增益补偿测试信号，获取所述k个传声器阵列中除所述第一坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第三接收信号，并基于每个剩余传声器的所述第三接收信号确定各自的第三时延；

87、由所述参考传声器阵列中的第二坐标传声器发送增益补偿测试信号，获取所述k个传声器阵列中除所述第二坐标传声器之外的剩余传声器对所述增益补偿测试信号的第四接收信号，并基于每个剩余传声器的所述第四接收信号确定各自的第四时延；

88、基于空气衰减系数、设备外壳材料衰减系数、所述第三时延和第四时延，确定每个传声器的所述增益因子。

89、在本技术的一个实施例中，所述第一获取模块中信号校正参数还包括传声器的干扰项衰减增益，所述第一获取模块还用于：

90、针对每个传声器，获取所述传声器采集到的信号频谱和干扰项的功率谱均值；

91、基于所述信号频谱和功率谱均值进行运算，得到后验信噪比；

92、基于所述后验信噪比和估计器，得到估计先验信噪比，并基于所述先验信噪比得到衰减增益。

93、在本技术的一个实施例中，所述第一获取模块，用于：

94、基于所述传声器所采集的波形数据进行加窗分帧，并进行傅里叶变换，得到初始频域数据；

95、基于所述传声器的衰减增益对所述频域数据进行去干扰处理，得到所述传声器的目标频域数据。

96、在本技术的一个实施例中，所述第一获取模块中k个传声器阵列间隔部署在设备的侧壁周围紧贴设备外壁。

97、本技术第三方面实施例提出了一种电子设备，包括：本技术第二方面实施例提出的一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定装置。

98、本技术第四方面实施例提出了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现本技术第一方面实施例提出的一种基于分布式传声器阵列的设备内部噪声声源确定方法。

99、本技术第五方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行本技术第一方面实施例提出的方法。

100、本技术第六方面实施例提出了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被通信设备中的处理器执行时实现本技术第一方面实施例提出的方法。

101、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。