[发明专利]一种基于对轨道交通工具零部件检测系统

权利要求书

1.一种基于对轨道交通零部件检测系统，其特征在于，该检测系统包括采集模块、处理模块、对比模块和预警模块；

所述采集模块用于采集轨道交通工具在行驶过程中零部件发出的声信号；

所述处理模块用于对待测零部件发出的声信号进行处理和分析，得到待测零部件的声音特征参数；

所述对比模块设有数据库，所述数据库用于存储已训练好的无故障零部件的标准声音特征参数，所述对比模块用于将待测零部件的声音特征参数与数据库中的待测零部件的标准声音特征参数进行比对，若发现待测零部件工作异常，则将工作异常这个诊断结果通过无线网络传输到预警模块；

所述预警模块用于发布预警信息，提醒维修人员对异常零部件进行维修或更换；

所述采集模块是由一个或者多个声学传感器构成；

所述声学传感器安装在轨道交通工具上；

所述处理模块包括预处理单元、声音段提取单元和特征提取单元；所述预处理单元用于对待测零部件发出的声信号进行降噪、预加重、分帧和加窗，得到加窗后待测零部件的声音数据；所述声音段提取单元用于从加窗后待测零部件的声音数据中提取有效信息段；所述特征提取单元用于从有效信息段中提取待测零部件的声音特征参数；

所述的对待测零部件发出的声信号进行降噪、预加重、分帧和加窗，具体包括：

1)利用小波变换对待处理的声信息进行N层小波分解，得到一组小波系数z；

2)采用平滑处理函数对小波系数进行平滑处理，得到一组新的小波系数估量值z＇；其中，平滑处理函数z＇为：

其中，z＇为平滑处理后得到的小波系数的估量值，z为小波系数，且z＝{z₁,z₂,...,z_m}，m为小波系数的个数；σ为修正因子，其取值范围是0≤σ≤1，λ为设定的阈值；κ为平滑调节因子；

3)对平滑处理得到的小波系数的高频分量估量值和第N层里的小波系数的低频分量系数进行小波逆变换，得到平滑处理后的声信息；

4)依次对平滑处理后的声信息进行A/D转换，预加重、分帧和加窗处理，即可得到加窗后待测零部件的声音数据；

所述特征提取单元用于从有效信息段中提取能够代表零部件工作状态的声音特征参数，具体为：

1)采用下列公式获取待测零部件的有用信息段中的待测零部件工作时发出的声信号的功率谱其中，功率谱的计算公式是：

其中，为待测零部件的有用声音数据Y的傅里叶变换，为待测零部件的有用声音数据Y中残留噪声的傅里叶变换，μ₁，μ₂为辅助因子，其取值范围为[0,1]；

2)按照MFCC提取方法对进行处理，获得MFCC系数，即采用Mel滤波器先对进行滤波取对数，对对数功率谱进行DCT变换从而得到MFCC系数；

3)对MFCC系数求一阶差分系数，并将MFCC系数和MFCC的一阶差分系数作为待测零部件的声音特征参数。

2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，从加窗后待测零部件的声音数据中提取有效信息段，具体包括：

a)对加窗后待测零部件的声音数据中有效信息段的起点进行标记，设当前检测帧的初始状态值S为零，如果满足A_m＞A_low或B_m＞B_low，则标记当前检测帧为有效信息段Y的起点，进入过渡段；进入过渡段后，如果A_low或者B_low被超越且持续被超越的时间长度大于自定义的最小语音长度，则对有用声音数据Y进行标记，并设置状态值为1；令m＝m+1,对下一帧进行操作，并计算第m帧的A_m和B_m；其中，S为检测的当前状态，数值不同，对应不同的检测状态；A_m是第m帧的平均振幅值，A_low为A_m的自定义的最低门限值，B_m为第m帧的帧间平均过零率，B_low为B_m的自定义的最低门限值，A_m和B_m可利用帧的平均振幅公式和帧间平均过零率公式计算得到，其中，帧的平均振幅公式为：

其中，L为帧的长度，s_m(p)为加窗前第m帧中第p个频谱处的声音信号的幅度值，N为窗口的宽度，w(·)为汉明窗口函数，m为正在检测的第m帧声音信号，p为第m帧声音信号中第p个频谱；

帧间平均过零率计算公式为：

其中，sgn[·]是符号函数，它的表达式为：

b)在状态值S为1时，如果A_m＜A_low或B_m＜B_low，则令S＝0，执行步骤a，否则，如果A_m＞A_High或B_m＞B_High，则标记为声音段，并将状态值S设为2，且令m＝m+1，计算下一帧的A_m和B_m的值；其中A_High为A_m的自定义的最高门限值，B_High为B_m的自定义的最高门限值；

c)在状态值S为2时，如果A_m＜A_low或B_m＜B_low，且满足声音的回落时间持续超多自定义的最大静音长度，则可以标记声音结束，并将状态值设为3；否则跳转至步骤b，执行步骤b；当状态值为3时，对应处理的帧即为该待测零部件的有效信息段Y的终点，起点和终端之间的声信号段即为有效信息段。