[发明专利]基于噪声信号A计权分析的泵站机组故障诊断方法

权利要求书

1.一种基于噪声信号A计权分析的泵站机组故障诊断方法，包括如下步骤：

S1，在泵站机组工作时的每种工况下，获取距离水泵叶轮外壳和电机外壳1米处的原始噪声声压信号；

S2，分别计算水泵和电机的噪声A计权声压级，采用FFT频谱分解加权修正的方法来计算A计权声压级；

S3，判断水泵和电机的噪声A计权声压级是否超标报警，如果是则启动S4-S6的机组故障诊断分析；

S4，将噪声信号在20Hz到20kHz人耳能听到的噪声频率范围内分为31段，每个段的划分原则利用了1/3倍频程的计算方式；对噪声声压原始信号进行FFT频谱分析，在每个频程范围内将声能量进行频带能量计算，得到31个频带声压能量值；

S5，建立深度极限学习机模型，将S4得到的特征矩阵代入极限学习机模型中，采用多层自编码结构进行无监督特征学习，得到具有故障特征的特征向量，其中，所采用的多层自编码结构具有对称的输入X和输出所述具有故障特征的特征向量为多层自编码结构最终层的隐含节点；

S6，将S5得到的所述具有故障特征的特征向量代入单层极限学习机模型中进行计算，得到最终分类结果，完成故障诊断。

2.根据权利要求1所述的基于噪声信号A计权分析的泵站机组故障诊断方法，其特征在于，S1中，采用自由场传声传感器采集水泵和电机的原始噪音声压信号。

3.根据权利要求1所述的基于噪声信号A计权分析的泵站机组故障诊断方法，其特征在于，所述原始噪声声压信号包括水泵汽蚀、叶轮刮擦、叶轮不平衡、电机转子不平衡、电机基础松动、电机磁拉力不平衡故障信号。

4.根据权利要求1所述的基于噪声信号A计权分析的泵站机组故障诊断方法，其特征在于，S2采用FFT频谱分解加权修正的方法来计算A计权声压级；

采用FFT频谱分解加权修正的方法来计算A计权声压级，具体步骤如下：

A1，根据有效值定义，噪声声压信号的有效值按如下公式计算：

公式中p_e是声压有效值，表示在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方根值；其中T代表取平均的时间间隔，p(t)为时间间隔内某个时刻t的瞬时声压；

声压级的定义如下：

其中L_p为声压级，dB；p₀＝2×10-⁵Pa，为基准声压；p_e为有效声压；

A2，根据傅里叶变换理论，任何一个函数都可以分解成一系列正弦函数的叠加，对噪声声压信号通过傅里叶变换分解为若干频率的纯音源，离散傅里叶变换的定义如下：

其中x(n)为N点有限长时域序列，e为自然常数，i为虚数单位，X(k)为N点有限长频域序列；

A3，假设声场中有n个不同噪声源，第i个噪声源的声压为p_ei，根据不相干声波叠加原理，合成声场的总声压与各声源的关系为

因此，多频噪声总声压级可表示为

A4，根据声压级定义公式(2)，总声压级可表示为各分频声压级的能量叠加，公式为

A5，A计权网络是以40方等响曲线倒置，并使1000Hz值位于0时对噪声进行加权分析，在国标GB/T3785.1-2010中，给出了A计权网络曲线公式，如下：

其中f表示要计算的频率，f1＝20.6Hz，f2＝107.7Hz，f3＝737.9Hz，f4＝12194Hz；A₁₀₀₀是以分贝表示的归一化常数，相应于在1 kHz提供0dB频率计权所需的增益，A₁₀₀₀＝-2dB；

A6，对噪声信号的傅里叶变换频谱，对每个频谱幅值点，可按公式(7)计算该频率处的修正A计权分贝值，1000Hz处，修正分贝值为0dB，100Hz处，修正分贝值为-19.1 dB；对各频谱幅值点计算声压级，对各频率幅值点的声压级进行A计权修正，然后合成总的A计权声压级，计算公式为：

其中L_pi是各频谱幅值所在频率处的声压级，取该频率处的有效值幅值，按公式(2)计算；A_fi是该频率处的修正A计权分贝值，按公式(7)计算。