用於電力設備的聲音異常檢測系統及檢測方法
2023-05-22 21:59:31 1
專利名稱：用於電力設備的聲音異常檢測系統及檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種聲音異常檢測系統和方法，尤其是一種用於電力設備的聲音異常檢測系統及檢測方法。
背景技術：
當前，變電站的正常運行主要還是依靠人工的現場巡檢和維護。這種方式存在以下兩個問題一、巡檢人員的安全問題，變電站是一個充滿高壓和放電的危險環境，容易對巡檢工作人員的身體造成傷害；二、人工巡檢的效果問題，人員面對重複機械的工作時，容易產生疲倦、懈怠心理，降低巡檢的效果和質量，並且，人工巡檢也無法滿足變電站設備故障的突發性和及時性。因此，人工巡檢的效果是不穩定的，可靠性也無法提高。一些變電站開始嘗試自動化、智能化系統來輔助或者取代人工巡檢，無人值守變電站的需求也越來越多。在變電站設備聲音檢測方面，主要有變電站設備監聽和超聲波檢測法的研究。變電站設備監聽的方法，主要依賴安裝在設備本體上面的音頻傳感器和中央處理器。其不足有以下兩個方面一、固定點和緊貼本體的方式，使得音頻傳感器的布置位置是固定的，沒有靈活性；二、每個變電站設備都需要配備獨立的音頻傳感器，太多數量的傳感器設備，造成布置困難，成本偏高。超聲波檢測法，存在造價高、無法實時連續檢測的缺陷。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種檢測靈活、成本較低的用於電力設備的聲音異常檢測系統及檢測方法，主要利用聲音信號處理及模式識別的技術，對變電站的設備進行聲音檢測，判別該設備是否存有異常或者內部故障，從而維持變電站的正常運行，同時保證人員安全。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是 一、技術方案1
一種用於電力設備的聲音異常檢測系統，所述系統包括音頻檢測子系統和與所述音頻檢測子系統無線通訊的計算機子系統；
所述音頻檢測子系統包括音頻採集模塊、視頻服務模塊、音頻訓練與識別模塊、存儲模塊和第一通訊模塊；所述音頻採集模塊的輸出端接視頻服務模塊的輸入端，所述視頻服務模塊的輸出端接音頻訓練與識別模塊的相應輸入端，所述音頻訓練與識別模塊的相應輸出端接第一通訊模塊的輸入端，所述存儲模塊與音頻訓練與識別模塊雙向連接；
所述計算機子系統包括裝有基站後臺軟體系統的計算機主機、音頻數據顯示模塊、報警模塊和第二通訊模塊；所述第二通訊模塊的輸出端接計算機主機的相應輸入端；所述計算機主機的相應輸出端分別接音頻數據顯示模塊和報警模塊的輸入端。優選的，所述系統還包括巡檢平臺，所述巡檢平臺包括行走機構和控制所述行走機構的控制模塊；所述音頻檢測子系統設置在所述巡檢平臺上。
所述音頻訓練與識別模塊由ARM9微處理器和DSP微處理器組成。所述巡檢平臺採用型號為LER-3000的電力巡檢機器人。二、技術方案2
用於電力設備的聲音異常檢測系統的檢測方法，按照下述步驟進行
(1)啟動電力巡檢機器人；
(2)所述電力巡檢機器人按照指定路線移動至電力設備巡檢點，觸發所述音頻採集模塊的啟動端，音頻採集模塊採集電力設備的音頻數據；
(3)採用視頻服務模塊接收音頻採集模塊的音頻數據，進行數位訊號壓縮和傳輸；
(4)採用音頻訓練與識別模塊進行接收視頻服務模塊傳輸的音頻數據並進行音頻數據的訓練或識別；
首先判斷是否進行音頻數據的訓練，當需要進行訓練時，進入訓練程序，將正常的變電站設備運行聲音進行訓練，得音頻特徵庫，存儲於所述存儲模塊中；
當不需要進行訓練時，進入識別程序，DSP微處理器先提取當前採集的音頻數據的子帶特徵，然後將所述子帶特徵與存儲在所述存儲模塊中的音頻特徵庫進行比對；
(5)所述音頻訓練與識別模塊將比對結果通過所述第一通訊模塊和第二通訊模塊的實時通訊傳輸至計算機主機，當比對結果異常時，報警模塊發出警報聲、音頻數據顯示音頻的波形數據和子帶特徵，否則，僅輸出音頻的波形數據和子帶特徵；
(6)判斷巡檢路線是否全部巡檢完畢，當全部巡檢完畢時，結束，否則進入步驟(2)。本發明中所述音頻檢測子系統主要針對變電站設備可能發生的、可從聲音進行判別的異常現象或內部故障，給出檢測結果。由聲音可以體現故障的變電站設備故障，主要有幾種設備內部放電，絕緣子放電，電磁振動聲異常，風扇、油泵電機轉動異常，電容器聲音異常等。音頻檢測子系統的工作流程基本如下巡檢機器人在變電站裡按照既定路線或任務輪迴巡檢，一天內可多次巡檢，且覆蓋變電站的大部分地理範圍。音頻檢測子系統中的音頻採集模塊可以實時地採集巡檢機器人所到之處變電站設備運行的聲音。音頻訓練與識別模塊負責對該聲音進行識別，從而判斷出該設備是否存在異常或者故障。若發現有故障，則音頻檢測子系統向基站後臺軟體系統發出報警信息，通知變電站的值班人員。從而值班人員可以快速的採取解決措施，消除故障或隱患，保證變電站的安全運行。採用上述技術方案產生的有益效果在於1)由巡檢平臺輔助或者取代人工巡檢的方式，可有效消除人員的工作危險，保護人身安全；2)音頻檢測子系統，可有效檢測變電站設備的異常聲音，提高巡檢的可靠性和穩定性，維護變電站的正常運行；3)巡檢平臺輪迴檢測站內的所有設備，靈活方便，自由控制，並且只需要裝配一個拾音器，降低了其他方案中音頻傳感器的數量和配置難度，成本低廉、裝置簡易且可靠性高；4)音頻檢測子系統與計算機子系統實時通信，計算機子系統可以實時接收、分析、顯示各種音頻數據，及時對異常結果報警，協助人員快速消除設備的運行隱患或故障，可有效保證巡檢質量。
圖1是本發明實施例的原理框圖； 圖2是本發明實施例檢測方法的流程圖3是本發明音頻訓練與識別模塊的軟體流程圖。
具體實施例方式參見圖1，本實施例包括音頻檢測子系統和與所述音頻檢測子系統無線通訊的計算機子系統；
所述音頻檢測子系統包括音頻採集模塊、視頻服務模塊、音頻訓練與識別模塊、存儲模塊和第一通訊模塊；所述音頻採集模塊的輸出端接視頻服務模塊的輸入端，所述視頻服務模塊的輸出端接音頻訓練與識別模塊的相應輸入端，所述音頻訓練與識別模塊的相應輸出端接第一通訊模塊的輸入端，所述存儲模塊與音頻訓練與識別模塊雙向連接；
所述計算機子系統包括裝有基站後臺軟體系統的計算機主機、音頻數據顯示模塊、報警模塊和第二通訊模塊；所述計算機主機的相應輸出端分別接音頻數據顯示模塊和報警模塊的輸入端；所述第二通訊模塊的輸出端接計算機主機的相應輸入端。本實施例還包括巡檢平臺，所述巡檢平臺採用電力巡檢機器人(以下簡稱機器人)，其型號為LER-3000，是音頻檢測子系統的載體，負責裝載音頻檢測子系統和執行巡檢任務。所述機器人的相應輸出端接音頻檢測模塊的啟動端，當機器人按照規定路線移動至設定的設備點時，其相應輸出端會觸發音頻檢測模塊的啟動端，所述音頻檢測模塊開始採集設備運行的聲音。音頻採集模塊，採用拾音器設備，所述拾音器可實現戶外、遠距離環境的高保真錄音操作。所述拾音器安裝在巡檢機器人的前部，將機器人所到之處的變電站設備聲音採集起來，其採用堅固、耐用美觀的金屬外殼，表面電鍍處理，具有防水防潮、高保真，低噪聲的特點，為後續的音頻信號處理提供了可靠的音頻數據。視頻服務模塊，與所述拾音器設備直接相連，用於接收拾音器的音頻數據，完成數位訊號壓縮和傳輸的功能。壓縮格式採用a律PCM音頻格式，傳輸方式採用TCP/IP協議傳輸標準。音頻訓練與識別模塊，裝配於機器人內部，由ARM9微處理器和DSP微處理器組成； 所述ARM9微處理器採用S3CM40晶片，用於接收視頻服務模塊發來的音頻數據，實現數據通信功能；所述DSP微處理器採用TMS320X2812晶片，完成訓練和識別音頻數據的功能。所述音頻訓練與識別包括訓練程序和識別程序。所述訓練程序，即通過VQ (矢量量化)算法對正常的變電站設備運行聲音進行訓練，得到正常聲音特徵庫，並將該特徵庫存於存儲模塊； 訓練工作只需要開展一次，就可以使用該特徵庫進行所有音頻識別的工作。所述識別程序， 即DSP微處理器先提取當前採集的音頻數據的子帶特徵，然後將子帶特徵進與事先存放在存儲模塊中的音頻特徵庫進行比對，若比對結果顯示為FALSE，則表明當前變電站某設備運行的聲音異常，同時，比對結果交由ARM9發送到基站後臺軟體系統。VQ (矢量量化)算法是一種重要的模式分類方法。在音頻識別系統中，矢量量化可用來對每個待識別的音頻數據進行建模。即在訓練階段，用LBG算法對音頻特徵進行無導師的模式聚類，形成各個碼本；在識別階段，尋找測試語音與各個碼本間的平均最小量化失真距離，距離最小者即作為識別結果輸出。最終可以判別音頻數據是否異常。所述存儲模塊為連接在ARM9微處理器上的FLASH存儲設備。所述存儲模塊用於存儲訓練形成的音頻特徵庫和音頻識別後的結果，以及作業系統內核和文件系統等。所述計算機子系統設置在變電站主控室，與設置在巡檢平臺上的音頻檢測子系統通過第一通訊模塊和第二通訊模塊之間可互相通信，所述第一通訊模塊和第二通訊模塊符合802. Iln協議；計算機子系統及時接收音頻檢測的異常結果並通過報警模塊進行報警； 同時，可對值班的工作人員或相關人員進行音頻數據的展示，如波形數據、子帶特徵數據， 此任務由音頻數據顯示模塊承擔。採用上述技術方案進行電力設備聲音異常檢測的方法，按照下述步驟進行，參見圖2 圖3
(1)啟動電力巡檢機器人；
(2)所述電力巡檢機器人按照指定路線移動至電力設備巡檢點，觸發所述音頻採集模塊的啟動端，所述音頻採集模塊採集電力設備的音頻數據；
(3)採用視頻服務模塊接收音頻採集模塊的音頻數據，進行數位訊號壓縮和傳輸；
(4)採用音頻訓練與識別模塊進行接收視頻服務模塊傳輸的音頻數據並進行音頻數據的訓練或識別；
首先判斷音頻特徵庫中是否存有該設備的音頻特徵數據，當存有該設備的音頻特徵時，則不需要進行訓練程序，直接進入識別程序，否則進入訓練程序。當需要進行訓練時，進入訓練程序，將正常的變電站設備運行聲音進行訓練，得正常音頻特徵庫，存儲於所述存儲模塊中；
當不需要進行訓練時，進入識別程序，DSP微處理器先提取當前採集的音頻數據的子帶特徵，然後將所述子帶特徵與存儲在所述存儲模塊中的音頻特徵庫進行比對；
(5)所述音頻訓練與識別模塊將比對結果通過所述第一通訊模塊和第二通訊模塊的實時通訊傳輸至計算機主機，當比對結果異常時，報警模塊發出警報聲、音頻數據顯示音頻的波形數據和子帶特徵，否則，僅輸出音頻的波形數據和子帶特徵；
(6)判斷巡檢路線是否全部巡檢完畢，當全部巡檢完畢時，結束，否則進入步驟(2)。綜上，當機器人移動到變電站設備旁邊時，機器人會啟動音頻採集模塊，由拾音器以池的採樣率錄製變電站設備的運行聲音，聲音錄製後，傳入視頻服務模塊，視頻服務模塊對該聲音進行編碼和壓縮，形成A率PCM格式的音頻信號。該數位訊號會進入音頻訓練和識別模塊。音頻訓練和識別模塊具有兩個分支，S卩訓練功能和識別功能。當機器人第一次執行巡檢任務之前，機器人啟用訓練功能。訓練的功能是接收視頻服務模塊傳送的聲音，提取該聲音的特徵，產生音頻特徵庫，並將該特徵庫和傳送來的聲音一同存放於存儲模塊。訓練的功能只需要執行一次，就可以產生音頻特徵庫，為識別功能做好準備。識別的功能是接收視頻服務模塊傳送的聲音後，提取待檢測聲音的特徵，並從存儲模塊取出事先訓練好的聲音特徵庫，並將聲音特徵庫與待識別聲音的特徵進行比對，從而得出比對結果。若比對結果為FALSE，說明待檢測聲音是存在異常的，音頻訓練和識別模塊與計算機子系統無線通訊， 則報警模塊會啟動報警，同時，音頻數據顯示模塊可以將該聲音的一些數據和特徵進行顯示ο
權利要求
1.一種用於電力設備的聲音異常檢測系統，其特徵在於所述系統包括音頻檢測子系統和與所述音頻檢測子系統無線通訊的計算機子系統；所述音頻檢測子系統包括音頻採集模塊、視頻服務模塊、音頻訓練與識別模塊、存儲模塊和第一通訊模塊；所述音頻採集模塊的輸出端接視頻服務模塊的輸入端，所述視頻服務模塊的輸出端接音頻訓練與識別模塊的相應輸入端，所述音頻訓練與識別模塊的相應輸出端接第一通訊模塊的輸入端，所述存儲模塊與音頻訓練與識別模塊雙向連接；所述計算機子系統包括裝有基站後臺軟體系統的計算機主機、音頻數據顯示模塊、報警模塊和第二通訊模塊；所述第二通訊模塊的輸出端接計算機主機的相應輸入端；所述計算機主機的相應輸出端分別接音頻數據顯示模塊和報警模塊的輸入端。
2.根據權利要求1所述的用於電力設備的聲音異常檢測系統，其特徵在於還包括巡檢平臺，所述巡檢平臺包括行走機構和控制所述行走機構的控制模塊；所述音頻檢測子系統設置在所述巡檢平臺上。
3.根據權利要求2所述的用於電力設備的聲音異常檢測系統，其特徵在於所述音頻訓練與識別模塊由ARM9微處理器和DSP微處理器組成。
4.根據權利要求3所述的用於電力設備的聲音異常檢測系統，其特徵在於所述巡檢平臺採用型號為LER-3000的電力巡檢機器人。
5.根據權利要求4所述的用於電力設備的聲音異常檢測系統的檢測方法，其特徵在於按照下述步驟進行(1)啟動電力巡檢機器人；(2)所述電力巡檢機器人按照指定路線移動至電力設備巡檢點，觸發所述音頻採集模塊的啟動端，音頻採集模塊採集電力設備的音頻數據；(3)採用視頻服務模塊接收音頻採集模塊的音頻數據，進行數位訊號壓縮和傳輸；(4)採用音頻訓練與識別模塊進行接收視頻服務模塊傳輸的音頻數據並進行音頻數據的訓練或識別；首先判斷是否進行音頻數據的訓練，當需要進行訓練時，進入訓練程序，將正常的變電站設備運行聲音進行訓練，得音頻特徵庫，存儲於所述存儲模塊中；當不需要進行訓練時，進入識別程序，DSP微處理器先提取當前採集的音頻數據的子帶特徵，然後將所述子帶特徵與存儲在所述存儲模塊中的音頻特徵庫進行比對；(5)所述音頻訓練與識別模塊將比對結果通過所述第一通訊模塊和第二通訊模塊的實時通訊傳輸至計算機主機，當比對結果異常時，報警模塊發出警報聲、音頻數據顯示音頻的波形數據和子帶特徵，否則，僅輸出音頻的波形數據和子帶特徵；(6)判斷巡檢路線是否全部巡檢完畢，當巡檢完畢時，結束；否則進入步驟(2)。
6.根據權利要求5所述的用於電力設備的聲音異常檢測方法，其特徵在於步驟(3)中所述訓練程序通過VQ算法對正常的變電站設備運行聲音進行訓練。
全文摘要
本發明公開了一種用於電力設備的聲音異常檢測系統及檢測方法，所述系統包括巡檢平臺、設置在所述巡檢平臺上的音頻檢測子系統和與所述音頻檢測子系統無線通訊的計算機子系統；所述巡檢平臺包括行走機構和控制所述行走機構的控制模塊；所述音頻檢測子系統包括音頻採集模塊、視頻服務模塊、音頻訓練與識別模塊和存儲模塊；所述音頻採集模塊的輸出端接所述視頻服務模塊的輸入端，所述視頻服務模塊的輸出端接音頻訓練與識別模塊的相應輸入端，所述音頻訓練與識別模塊和存儲模塊雙向連接；所述計算機子系統包括裝有基站後臺軟體系統的主機、音頻數據顯示模塊和報警模塊。採用本發明檢測靈活、成本較低、可靠性高。
文檔編號G01H17/00GK102322943SQ20111015750
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者付煒平, 劉瑤林, 宋彥軍, 張寧, 張玉亮, 施鳳祥, 李麗, 李健, 武建華, 王萬國, 胡偉濤, 趙京武 申請人:山東魯能智能技術有限公司, 河北省電力公司超高壓輸變電分公司