基于物联网的工厂故障实时检测与定位系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于物联网的工厂故障实时检测与定位系统及方法，该系统包括若干音频信号采集装置和服务终端。音频信号采集装置置于厂房的不同位置。本发明通过对声源声波信号的采集、分析，利用能量比定位算法确定声源的具体位置，利用频域分析确定声源类型，从而实现设备故障的检测与定位。本发明可以实时接受发送信号，可以将故障设备信息实时反映给维修方技术人员，有效的实现了技术人员进行远程维修指导。利用本发明检测系统在达到故障检测目的的同时，有效的降低了设备维修成本，提高了工业生产效率。

主权项

一种基于物联网的工厂故障实时检测与定位系统，其特征在于，该系统包括若干音频信号采集装置和服务终端。所述音频信号采集装置置于工厂的不同位置，所有音频信号采集装置不能够置于同一平面中，将装置底部紧贴于放置面，放置面平整。所述音频信号采集装置包括箱体和置于箱体内的第一通信模块、控制单元和信号放大模块；箱体的表面嵌有麦克风模块；所述第一通信模块与控制单元相连。麦克风模块经信号放大模块与控制单元相连。所述麦克风模块包括声音探头、驻极体电容传声器和供电电路，声音探头固定于箱体的底部，紧贴放置的桌面或者物体，声音探头与驻极体电容传声器相连，供电电路为驻极体电容传声器提供电源；所述声音探头将采集的音频信息传递到驻极体电容传声器，驻极体电容传声器将音频信号转化为电信号，经过信号放大模块进行放大，经由第一通信模块发送到服务终端。所述服务终端包括第二通信模块和数据分析模块，所述第二通信模块与第一通信模块进行通信，所述数据分析模块接收音频信号采集装置采集的音频信号，通过能量比定位方法对声源进行定位，从而实现工厂故障的实时检测与定位。所述能量比定位方法利用不同位置音频信号采集装置采集信号的能量差异来估计声源的位置，具体如下：假设音频信号采集装置X_i在厂房内的坐标为(x_i,y_i,z_i)，声源S的坐标为(x,y,z)，根据能量随传播距离衰减的比例关系有表达式：$\frac{E_1}{E_2}=\frac{d_2^2}{d_1^2}$令则故当r≠1时，整理可知上式为球面方程，圆心坐标C₁₂(u,v,w)和半径R为：$\left\{\begin{array}{c}u=\frac{{\mathrm{rx}}_1-x_2}{r-1}\\ v=\frac{{\mathrm{ry}}_1-y_2}{r-1}\\ w=\frac{{\mathrm{rz}}_1-z_2}{r-1}\\ R=\sqrt{\frac{x_2^2+y_2^2+z_2^2-x(x_1^2+y_1^2+z_1^2)}{r-1}+u^2+v^2+w^2}\end{array}\right.$故根据四个音频信号采集装置的窗口能量比即可确定故障的三维空间位置。