專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，屬于風(fēng)力發(fā)電安全監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是一種干凈的、可再生的能源，利用風(fēng)能發(fā)電的方式是一種環(huán)保、發(fā)展前景很好的發(fā)電方式。如今，風(fēng)力發(fā)電得到迅速發(fā)展，在發(fā)電行業(yè)有著舉足輕重的作用。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由漿葉、輪轂、槳距調(diào)節(jié)、制動(dòng)器、低速軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)、控制器、風(fēng)速計(jì)、風(fēng)向標(biāo)、高速軸、偏航驅(qū)動(dòng)器、偏航電機(jī)、塔架等構(gòu)成。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因?yàn)槠浔旧淼奶攸c(diǎn)，一般在偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣的地方修建，由于風(fēng)力發(fā)電還有待發(fā)展，運(yùn)行故障頻發(fā)，而特定的環(huán)境導(dǎo)致其維修工作很困難，維修費(fèi)用很高，因此需要大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電安全檢測(cè)技術(shù)來(lái)減少成本，減少運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，提高運(yùn)行效率。
傳感器是一種能滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求的檢測(cè)裝置，它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。根據(jù)傳感器的感知功能可將傳感器分為熱敏元件、光敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件等十大類。如今，風(fēng)電檢測(cè)技術(shù)中，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的方法中，通常在風(fēng)電機(jī)組的某些部件上設(shè)置振動(dòng)傳感器，傳感器獲得的振動(dòng)數(shù)據(jù)與正常運(yùn)行下的振動(dòng)數(shù)據(jù)相比較來(lái)判斷各部件的運(yùn)行狀態(tài)。聲音是機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)的傳播，這種傳播過(guò)程是一種機(jī)械性質(zhì)的波動(dòng)，故而稱為聲波；同樣，聲音傳感器也可以對(duì)風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行安全檢測(cè)。目前根據(jù)多個(gè)音頻傳感器可以來(lái)判斷聲音的方位，因此可通過(guò)傳感器采集風(fēng)電機(jī)組的各種音頻信號(hào)，之后判斷系統(tǒng)的健康狀態(tài)。
采集到的聲音信號(hào)通過(guò)處理得到我們所需要的信號(hào)。數(shù)據(jù)信號(hào)處理已經(jīng)在通信、 聲音、圖像、自動(dòng)控制等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理的主要研究對(duì)象是聲音信號(hào)和圖像信號(hào)，其中聲音信號(hào)的處理是重要的應(yīng)用之一。濾波是將信號(hào)中特定波段頻率濾除的操作，是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施。濾波分為經(jīng)典濾波和現(xiàn)代濾波。經(jīng)典濾波是根據(jù)傅立葉分析和變換提出的一個(gè)工程概念。根據(jù)高等數(shù)學(xué)理論，任何一個(gè)滿足一定條件的信號(hào)，都可以被看成是由無(wú)限個(gè)正弦波疊加而成。只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過(guò)，而阻止另一部分頻率信號(hào)通過(guò)的電路，叫做經(jīng)典濾波器或?yàn)V波電路。現(xiàn)代濾波是運(yùn)用模擬電子電路對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波，其基本原理就是利用電路的頻率特性實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)中頻率成分的選擇。濾波系統(tǒng)對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行濾波，使得原本雜亂無(wú)章的信號(hào)變成可辨識(shí)的信號(hào)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種通過(guò)對(duì)采集的音頻信號(hào)進(jìn)行分析的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)及其方法。
為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，其包括
音頻傳感器，設(shè)置在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部用來(lái)采集機(jī)組運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻；
音頻信號(hào)接收模塊，將采集到的音頻信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中；
信號(hào)處理模塊，對(duì)采集到的音頻信號(hào)進(jìn)行處理分析；
故障診斷模塊，將處理后的音頻信號(hào)與各部件的健康頻率特性進(jìn)行比較，診斷出具體故障部件；
監(jiān)測(cè)顯示模塊，對(duì)監(jiān)測(cè)及診斷的具體情況進(jìn)行友好表達(dá)；
通訊模塊，將風(fēng)電機(jī)組的健康狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到指定端口。
所述音頻傳感器利用多個(gè)全向麥克風(fēng)采集風(fēng)電機(jī)組中的音頻信號(hào)，全向麥克風(fēng)陣列采集完整可靠的音頻信號(hào)，通過(guò)頻譜分析判斷機(jī)組的健康狀態(tài)，同時(shí)可對(duì)各聲源進(jìn)行定位。
本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷方法包括以下步驟
(1)通過(guò)設(shè)置在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的音頻傳感器對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻進(jìn)行采集；
(2)對(duì)采集到的音頻信號(hào)做統(tǒng)一預(yù)評(píng)估，并根據(jù)各個(gè)風(fēng)機(jī)組件對(duì)應(yīng)的音頻頻段，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，將得到的各部件發(fā)出的音頻信號(hào)與機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻頻段基準(zhǔn)值進(jìn)行比較；
(3)經(jīng)過(guò)比較若不滿足要求，對(duì)音頻信號(hào)再作進(jìn)一步分析，處理后的信號(hào)在經(jīng)故障診斷后，診斷出具體的故障部位；
(4)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，工作人員便可以了解機(jī)組實(shí)時(shí)信息。
本發(fā)明的主要特征是
(1)用采集音頻信號(hào)來(lái)檢測(cè)風(fēng)電機(jī)組的安全；
(2)多個(gè)音頻傳感器可以對(duì)聲源定位，有一定針對(duì)性；
(3)聲音在20赫茲 20000赫茲頻率范圍內(nèi)是可以為人們所聽(tīng)到的，工作人員可以在監(jiān)控中心聽(tīng)到風(fēng)機(jī)內(nèi)部的聲音；
(4)本發(fā)明能在故障的情況下，追蹤到故障部件，維修更有效率更有針對(duì)性。
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組健康運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻都有自己固有的頻率特征，故障診斷模塊就是將處理后的音頻信號(hào)與各部件的健康頻率特性進(jìn)行比較診斷出具體故障部件
對(duì)于采集到的音頻信號(hào)處理后，將得到的風(fēng)電機(jī)組音頻的狀態(tài)頻譜先與風(fēng)電機(jī)組頻譜歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，如果相似度超過(guò)一定的閥值，例如98 %，認(rèn)為是正常狀態(tài)，如果沒(méi)有超過(guò)就表示機(jī)組內(nèi)有故障，將處理得到各部件聲音頻段，與各部件正常狀態(tài)下頻段基準(zhǔn)值比較，得知發(fā)生故障部件，記錄故障信息，然后向監(jiān)測(cè)顯示模塊發(fā)送故障信息，從而做到有效的風(fēng)電機(jī)組健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
圖1為本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組聲音檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為用于本發(fā)明風(fēng)電機(jī)組聲音檢測(cè)方法的流程圖。
圖3為健康狀態(tài)下風(fēng)電機(jī)組各部件對(duì)應(yīng)頻段頻譜示意圖。
圖4為發(fā)生故障的風(fēng)電機(jī)組頻譜示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，其包括音頻傳感器、音頻信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理模塊、故障診斷模塊、監(jiān)測(cè)顯示模塊和通訊模塊。
音頻傳感器，設(shè)置在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部用來(lái)采集機(jī)組運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻；
音頻信號(hào)接收模塊，將采集到的音頻信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中；
信號(hào)處理模塊，對(duì)采集到的音頻信號(hào)進(jìn)行處理分析；
故障診斷模塊，將處理后的音頻信號(hào)與各部件的健康頻率特性進(jìn)行比較，診斷出具體故障部件；
監(jiān)測(cè)顯示模塊，對(duì)監(jiān)測(cè)及診斷的具體情況進(jìn)行友好表達(dá)；
通訊模塊，將風(fēng)電機(jī)組的健康狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到指定端口。
所述音頻傳感器利用多個(gè)全向麥克風(fēng)采集風(fēng)電機(jī)組中的音頻信號(hào)，全向麥克風(fēng)陣列采集完整可靠的音頻信號(hào)，通過(guò)頻譜分析判斷機(jī)組的健康狀態(tài)，同時(shí)可對(duì)各聲源進(jìn)行定位。
如圖2所示，通過(guò)設(shè)置在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的音頻傳感器對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻進(jìn)行采集。
然后對(duì)采集到的音頻信號(hào)做統(tǒng)一預(yù)評(píng)估，并根據(jù)各個(gè)風(fēng)機(jī)組件對(duì)應(yīng)的音頻頻段， 對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，將得到的各部件發(fā)出的音頻信號(hào)與機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻頻段基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。
經(jīng)過(guò)比較若不滿足要求，對(duì)音頻信號(hào)再作進(jìn)一步分析，處理后的信號(hào)在經(jīng)故障診斷后，診斷出具體的故障部位。
最后，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，工作人員便可以了解機(jī)組實(shí)時(shí)信息。
以圖3為例，機(jī)艙內(nèi)包含以下部件輪轂1、低速軸2、齒輪箱3、制動(dòng)裝置4、高速軸 5以及發(fā)電機(jī)6。
風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，可采用多個(gè)全向麥克風(fēng)采集機(jī)組內(nèi)音頻信號(hào)，全向式麥克風(fēng)對(duì)于來(lái)自不同角度的聲音，而對(duì)各角度的聲音靈敏度是相同的，這樣有利于收錄整個(gè)環(huán)境的音頻信號(hào)。
再將得到的風(fēng)電機(jī)組音頻的狀態(tài)數(shù)據(jù)先與風(fēng)電機(jī)組頻譜歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，即與圖3 中的頻譜對(duì)比，如果相似度超過(guò)一定閥值，例如98%，認(rèn)為是正常狀態(tài)。
如果沒(méi)有超過(guò)就表示機(jī)組內(nèi)有故障，向監(jiān)控顯示中心發(fā)送故障信息。
如圖4所示的頻譜圖，很顯然此圖中的頻譜與圖3中頻譜相似度不超過(guò)98 %，之后對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行下一步的檢測(cè)，對(duì)采集到的音頻信號(hào)再處理，可利用窄帶頻譜分析法，得到各部件音頻頻段，與預(yù)設(shè)的各部件正常狀態(tài)下頻段比較，于是得知高速軸5發(fā)生故障，記錄下適時(shí)故障信息，然后向監(jiān)控顯示模塊發(fā)送故障部件信息。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，其特征在于包括音頻傳感器，設(shè)置在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部用來(lái)采集機(jī)組運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻；音頻信號(hào)接收模塊，將采集到的音頻信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中；信號(hào)處理模塊，對(duì)采集到的音頻信號(hào)進(jìn)行處理分析；故障診斷模塊，將處理后的音頻信號(hào)與各部件的健康頻率特性進(jìn)行比較，診斷出具體故障部件；監(jiān)測(cè)顯示模塊，對(duì)監(jiān)測(cè)及診斷的具體情況進(jìn)行友好表達(dá)；通訊模塊，將風(fēng)電機(jī)組的健康狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送到指定端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，其特征在于所述音頻傳感器利用多個(gè)全向麥克風(fēng)采集風(fēng)電機(jī)組中的音頻信號(hào)，全向麥克風(fēng)陣列采集完整可靠的音頻信號(hào)，通過(guò)頻譜分析判斷機(jī)組的健康狀態(tài)，同時(shí)可對(duì)各聲源進(jìn)行定位。
3.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)和故障診斷方法，其特征在于包括以下步驟(1)通過(guò)設(shè)置在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部的音頻傳感器對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻進(jìn)行采集；(2)對(duì)采集到的音頻信號(hào)做統(tǒng)一預(yù)評(píng)估，并根據(jù)各個(gè)風(fēng)機(jī)組件對(duì)應(yīng)的音頻頻段，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，將得到的各部件發(fā)出的音頻信號(hào)與機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)各部件發(fā)出的音頻頻段基準(zhǔn)值進(jìn)行比較；(3)經(jīng)過(guò)比較若不滿足要求，對(duì)音頻信號(hào)再作進(jìn)一步分析，處理后的信號(hào)在經(jīng)故障診斷后，診斷出具體的故障部位；(4)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，工作人員便可以了解機(jī)組實(shí)時(shí)信息。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組音頻監(jiān)測(cè)與故障診斷的系統(tǒng)和方法，本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)主要包含音頻傳感器、音頻信號(hào)接收模塊、信號(hào)處理模塊、監(jiān)測(cè)顯示模塊、故障診斷模塊和通訊模塊；首先采集風(fēng)電機(jī)組中的音頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)音頻信號(hào)的處理，判斷機(jī)組是否故障，多個(gè)音頻傳感器可以判斷故障的具體部件，本發(fā)明為風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷提供一種經(jīng)濟(jì)、高效的方法。
文檔編號(hào)G01M15/00GK102494894SQ20111036693
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者湯奕, 賈麗娟, 高丙團(tuán) 申請(qǐng)人:高丙團(tuán)