面向机电系统运行状态监测的声源定位技术研究

发布时间：2017-05-21 17:18

  本文关键词：面向机电系统运行状态监测的声源定位技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代科技的不断发展,越来越多的复杂机电系统进入到了日常生活和生产中,在给人们带来了巨大便利的同时,也带来了严峻的挑战:机电设备越复杂,出现故障的概率就越高。由于传统的基于内部传感信息的机电系统状态监测手段有着采集信息量少、效率低、智能化程度低的特点,已无法满足对日新月异的机电设备的监测要求。因此,建立一套融合外部信息的机电系统运行状态监测体系已经势在必行,声音作为机电系统外部信息的重要组成部分,其关键性不言而喻。基于以上考虑,着重研究了声源定位在机电系统状态监测中的关键技术。以机电系统异常声音信号作为研究对象,针对其噪声复杂多变、跨越频带宽的特点,提出了将传统巴特沃斯滤波器与小波降噪技术联合应用的信号处理方法,实验结果表明,该方法可以充分发挥二者的优点,达到信号降噪的目的。为了实现机电系统异常声音信号的精确定位,采用基于时间差原理的声源定位技术作为研究方法。该方法主要分两部分,一部分是时间差的估计,一部分是定位:本文以广义互相关原理作为理论基础,成功估计出了时间差;对于定位部分,进行了特定麦克风阵列声源定位模型的理论推演,仿真实验表明,该模型的定位误差在1mm之内。根据机电系统状态监测的实时性要求,在现有的端点检测理论基础上,提出了一种改进的基于信号短时能量的端点检测方法,该方法克服了传统端点检测算法复杂、实时性差的缺点,实验结果表明,该方法能够更加准确、更加迅速的判断出声音中待定位信号的起始点。最后,搭建了声源定位系统的软硬件测试平台,对典型机电系统(钻铣床)所发出的的异常声音进行了定位实验。结果表明,在麦克风阵列的有效测量范围内,可以实现对异常声源的精确定位,定位精度达到了±3cm,实现了以声音作为外部传感手段对机电系统进行状态监测的目的。
【关键词】：机电系统 状态监测 声源定位 小波降噪 实时性
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH-39;TH17
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 课题研究背景及意义10-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.3.1 机电系统运行状态监测的国内外研究现状13-14
• 1.3.2 声源定位技术的国内外研究现状14-16
• 1.4 主要研究工作16-17
• 第二章 机电系统声音信号处理技术的研究17-33
• 2.1 声音信号的采集17-22
• 2.1.1 麦克风的应用研究17-19
• 2.1.2 麦克风阵列模型19-21
• 2.1.3 近场声源模型和远场声源模型的特性21-22
• 2.2 声音信号的预处理22-26
• 2.2.1 预滤波和预加重22-24
• 2.2.2 声音信号的短时分析24
• 2.2.3 声音信号的端点检测24-26
• 2.3 基于小波阈值法的机电系统声音信号降噪研究26-31
• 2.3.1 小波降噪的原理26-28
• 2.3.2 小波阈值法降噪器的设计28-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 基于广义互相关原理的声源定位技术研究33-47
• 3.1 声源定位技术的相关研究33-38
• 3.1.1 声源定位的基本概念33-34
• 3.1.2 面向机电系统的声源定位方法研究34-38
• 3.2 基于到声音达时间差的声源定位技术38-42
• 3.2.1 声音到达时间差的基本概念38-39
• 3.2.2 声音到达时间差的估计方法39-42
• 3.3 基于麦克风四元阵列模型的声源定位算法42-45
• 3.3.1 算法理论部分的推演42-44
• 3.3.2 算法的仿真验证44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 声源定位系统的软硬件设计47-57
• 4.1 系统硬件结构的搭建47-50
• 4.1.1 麦克风的选择47-48
• 4.1.2 麦克风阵列框架的设计48-49
• 4.1.3 声音采集卡的选择49-50
• 4.2 系统软件部分的设计50-56
• 4.2.1 虚拟仪器与Labview50-52
• 4.2.2 软件部分的设计52-56
• 4.3 本章小结56-57
• 第五章 系统的验证实验与实验数据分析57-67
• 5.1 实验环境的设置57-59
• 5.2 实验结果与数据分析59-65
• 5.2.1 背景噪声知识的获取59-60
• 5.2.2 实验结果60-62
• 5.2.3 数据分析62-65
• 5.3 影响系统定位精度及稳定性的因素65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 参考文献69-73
• 攻读学位期间取得的科研成果73-75
• 致谢75

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨杰;张明路;;一种改进的声源目标成型波定位方法的研究[J];河北工业大学学报;2009年05期

2 叶一枝;黄建民;;声源定位技术在工业领域中研究与应用[J];上海电气技术;2009年02期

3 赵立业;李宏生;;噪声与共振环境下的数字助听器鲁棒声源定位法(英文)[J];Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics;2010年02期

4 雷斌;孙舟;;分布式声源定位算法实现[J];西安工业大学学报;2011年02期

5 梁瑞宇;赵力;奚吉;张学武;王青云;;基于听觉仿生和压缩感知的助听器声源定位方法[J];仪器仪表学报;2011年06期

6 万新旺;吴镇扬;;基于双耳互相关函数的声源定位算法[J];东南大学学报(自然科学版);2011年05期

7 田傲;杨鹏;孙昊;祖丽楠;;声源定位系统中可控声源的设计[J];化工自动化及仪表;2011年12期

8 朱洪斌;苏欢;;激光监听与声源定位[J];电子制作;2013年08期

9 周迪,庄文雄;声源定位—机械噪声源的鉴别[J];噪声与振动控制;1984年01期

10 龚惠哲;;一种简单的三维空间声源定位方法(英文)[J];华南理工大学学报(自然科学版);2007年S1期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 汪增福;刘克辉;王东;韩文善;;基于声压幅度比的声源定位[A];2001年中国智能自动化会议论文集（下册）[C];2001年

2 饶丹;谢菠荪;;声源指向性对双耳可听化质量的影响[A];2005年声频工程学术交流会论文集[C];2005年

3 饶丹;谢菠荪;;声源指向性对双耳可听化质量的影响[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集（上）[C];2007年

4 沈常宇;郭宝金;姜守军;蒋坤军;;小区域高精度实时三维声源定位系统[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集（上）[C];2007年

5 原晶晶;;3-7岁正常儿童声源定位能力的研究[A];2010全国耳鼻咽喉头颈外科中青年学术会议论文汇编[C];2010年

6 全海英;张旭;邓军民;于红玉;徐瑾;孙涌;何宝新;水玉海;王宁宇;;声源定位测听系统的设计[A];中国生物医学工程进展——2007中国生物医学工程联合学术年会论文集（上册）[C];2007年

7 刘哲;陈日林;罗伦楷;滕鹏晓;杨亦春;;探测距离对声源定位精度的影响[A];泛在信息社会中的声学——中国声学学会2010年全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2010年

8 黄益旺;杨士莪;吕钱浩;;基于时延的匹配场声源定位[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年

9 刘红云;刘桂礼;罗倩;;基于改进时延估计的声源定位方法实现[A];2011年通信与信息技术新进展——第八届中国通信学会学术年会论文集[C];2011年

10 朱胜佳;任海鹏;;基于混沌共轭梯度法的二维声源定位方法研究[A];2010振动与噪声测试峰会论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 李函;人是如何定位声源的？[N];科技日报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 杨志国;马尔可夫状态—空间模型下的声源定位与跟踪[D];浙江大学;2013年

2 周成;人耳声源定位与编码技术研究[D];武汉大学;2011年

3 刘松;基于相位共轭方法进行声源识别和定位[D];大连理工大学;2011年

4 黄益旺;浅海远距离匹配场声源定位研究[D];哈尔滨工程大学;2005年

5 张承云;虚拟听觉环境实时绘制系统平台研究[D];华南理工大学;2012年

6 陈韶华;海洋声源信息获取与传输技术研究[D];西北工业大学;2006年

7 徐勤奇;基于正四面体传声器阵列的机器人声源定位方法研究[D];河北工业大学;2014年

8 饶丹;双耳可听化质量及其影响因素的研究[D];华南理工大学;2009年

9 汤永清;空间听觉特征提取与3D音频再现研究[D];上海大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 李贺;基于波束形成算法的声源定位研究及DSP实现[D];南京信息工程大学;2015年

2 刘慧珠;基于麦克风阵列的声源方位估计算法研究[D];西南交通大学;2015年

3 薛伟诚;锯齿尾缘翼型降噪实验研究[D];中国科学院研究生院(工程热物理研究所);2015年

4 肖骏;基于麦克风阵列的实时声源定位技术研究[D];电子科技大学;2015年

5 刘茜茜;基于人耳听觉系统的盲声源分离方法研究[D];电子科技大学;2015年

6 李扬;基于小型麦克风阵列的声源定位系统设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2014年

7 李哲;声源定位系统的设计与实现[D];河北科技大学;2015年

8 仲维灿;不确定性条件下机器人声源定位模型研究[D];河北工业大学;2015年

9 杨博元;传感器声源目标定位算法研究[D];西安工业大学;2013年

10 徐亦达;时变海洋声速剖面移动声源反演方法研究[D];浙江大学;2015年

  本文关键词：面向机电系统运行状态监测的声源定位技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：384308