專利名稱：一種故障檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子儀器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種采用聲音識別定位故障、用于大型機械的故障警報和故障定位的故障檢測裝置。
背景技術(shù)：
大型機械的結(jié)構(gòu)通常比較復(fù)雜，對維修技術(shù)人員的要求高，而大型機械一般數(shù)量較少，為大型機械極少出現(xiàn)的故障專門配置一個技術(shù)人員成本太高，為此，人們采取了安裝故障檢測裝置的辦法。目前已知的故障檢測裝置有I、中國專利公開文件CN200710047302“車輛軸承故障檢測儀及故障檢測方法”，該申請利用軸承故障時的聲音特征來進行判斷。所述的檢測儀包括連接器，連接器具有與車輪輪軸孔相匹配的固定部件，連接器連接并固定于車輪上；驅(qū)動器，驅(qū)動器驅(qū)動連接器，帶動車輪旋轉(zhuǎn)，模擬車輪的行駛狀態(tài)；分貝儀，測量車輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的聲音，并分別顯示其中高頻、中頻、低頻分量的數(shù)值；電源模塊，提供電源。該申請將檢測的聲音按照高頻、中頻、低頻進行量化，根據(jù)量化的指標作為判斷的標準，避免了依靠主觀經(jīng)驗判斷帶來的不確定性。其不足之處是因為只分別顯示其中高頻、中頻、低頻分量的數(shù)值，所以對于高精度要求的故障識別不適用。2、中國專利公開文件CN200610037647“故障檢測系統(tǒng)以及方法”，該申請用以對一電子設(shè)備進行故障檢測，而所采取的電子設(shè)備設(shè)有至少二個具有第一及第二通斷線路的開關(guān)單元，其中，所述的開關(guān)單元的第一通斷線路與該電子設(shè)備電性連接，以提供該電子設(shè)備進行通斷路的控制；該開關(guān)單元導(dǎo)通時，透過一檢測信號產(chǎn)生模塊輸出一檢測信號給該開關(guān)單元的第二通斷線路信號輸入端；接著借由一信號比較模塊讀取該檢測信號以及該開關(guān)單元的第二通斷線路信號輸出端所輸出的反饋信號，并比較該檢測信號與該反饋信號是否為相同信號，若是，則輸出一正常運作信號，并重復(fù)進行上述故障檢測的流程，若否，則輸出一故障信號。因此，透過該申請的故障檢測系統(tǒng)，可大幅度提高故障檢測效率，且易于實施。該申請的不足之處是只能檢測含有開關(guān)單元的電子設(shè)備，適用面窄，不適合普及推廣。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于解決上述問題，提供一種故障檢測裝置，該裝置利用聲電轉(zhuǎn)換原理，并以頻譜分析為依據(jù)，能精確、快速地檢測出待測機械的故障位置。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案。一種故障檢測裝置，包括頻譜檢測模塊、單片機、聲源定位模塊以及報警模塊；所述頻譜檢測模塊包括一麥克風(fēng)，所述麥克風(fēng)與所述單片機電性相連，用于檢測待測機械發(fā)出的聲音信號并將所述聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送給所述單片機；所述單片機分別與所述麥克風(fēng)、聲源定位模塊以及報警模塊電性相連，用于向所述頻譜檢測模塊發(fā)出控制信號，控制所述麥克風(fēng)檢測待測機械發(fā)出的聲音信號，并對所述麥克風(fēng)傳送的電信號進行頻譜分析，在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量相同時繼續(xù)控制所述麥克風(fēng)進行檢測，在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時觸發(fā)所述報警模塊，同時使聲源定位模塊處于工作狀態(tài)；所述聲源定位模塊包括一溫度傳感器和麥克風(fēng)陣列，所述溫度傳感器用于記錄在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時的環(huán)境溫度，從而得出聲速，所述麥克風(fēng)陣列用于記錄在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時，待測機械發(fā)出的聲音信號到達所述麥克風(fēng)陣列中不同麥克風(fēng)的時間，得出時間差，進而得出待測機械故障點的平面投影位置；所述報警模塊在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時發(fā)出警報信號，并顯示待測機械故障點的平面投影位置。進一步，所述單片機包括一計時器，所述計時器每分鐘向所述頻譜檢測模塊發(fā)出控制信號，控制所述麥克風(fēng)檢測待測機械發(fā)出的聲音信號。進一步，所述麥克風(fēng)陣列包括至少3個麥克風(fēng)。進一步，所述頻譜檢測模塊中的麥克風(fēng)和所述麥克風(fēng)陣列中的麥克風(fēng)均包括駐極體話筒和NE555芯片。進一步，所述報警模塊包括一蜂鳴器和數(shù)碼管，所述蜂鳴器用于在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時發(fā)出警報聲；所述數(shù)碼管用于顯示待測機械故障點的平面投影位置。可選的，所述的蜂鳴器采用壓電式蜂鳴器。本實用新型一種故障檢測裝置的積極效果是(I)檢測精度高、適用檢測故障的范圍廣；(2)操作簡單，檢測與定位都通過單片機完成，對于操作者的技術(shù)要求低；(3)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。

圖I是本實用新型一種故障檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型一種故障檢測裝置工作流程示意圖；圖3是本實用新型一種故障檢測裝置故障點定位示意圖。圖中的標號分別表示11、頻譜檢測模塊；111、麥克風(fēng)；12、單片機；13、聲源定位模塊；131、溫度傳感器；132、麥克風(fēng)陣列；14、報警模塊；141、蜂鳴器；142、數(shù)碼管。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型一種故障檢測裝置做詳細說明。參見圖1，一種故障檢測裝置，包括頻譜檢測模塊11、單片機12、聲源定位模塊13以及報警模塊14。所述頻譜檢測模塊11包括一麥克風(fēng)111，所述麥克風(fēng)111與所述單片機12電性相連，用于檢測待測機械發(fā)出的聲音信號并將所述聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送給所述單片機12。所述麥克風(fēng)111包括駐極體話筒和NE555芯片。其中，駐極體話筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價格低的特點；NE555芯片可以使發(fā)送的電信號為可調(diào)節(jié)，所以用戶根據(jù)
4實際測量環(huán)境(例如，不同的機械結(jié)構(gòu))，在設(shè)定基準幅值變量時做相應(yīng)調(diào)整。首先對所述頻譜檢測模塊11的麥克風(fēng)111進行初始化。待測機械在一定的工作場合正常使用時會發(fā)出一些聲音，麥克風(fēng)111檢測得到正常狀態(tài)下的聲音信號后，將所述正常聲音信號其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號通過導(dǎo)線傳遞到單片機12，由單片機12進行頻譜分析，得到基準幅值變量，之后麥克風(fēng)111傳送到單片機12的電信號經(jīng)頻譜分析后與基準幅值變量作對比，并根據(jù)比較結(jié)果進行相應(yīng)的處理。因為任何一個電信號都可以利用傅里葉變換轉(zhuǎn)換成N次諧波，取前三個諧波并將其轉(zhuǎn)換合成為頻域信號，得到所檢測到電信號的幅值變量，所以記錄這三個諧波的系數(shù)就是記錄了這個電信號；如果要提高精度可以增加為取前四個諧波，只需相應(yīng)地改變單片機的型號以提高單片機的性能。所述單片機12分別與所述麥克風(fēng)111、聲源定位模塊13以及報警模塊14電性相連。所述單片機12采用凌陽61型單片機，該單片機12具有低功耗、低電壓以及指令系統(tǒng)功能強、效率高的優(yōu)點。所述單片機12向所述頻譜檢測模塊11發(fā)出控制信號，控制所述麥克風(fēng)111檢測待測機械發(fā)出的聲音信號。所述單片機12包括一計時器，設(shè)定所述計時器每分鐘向所述頻譜檢測模塊11發(fā)出控制信號，控制所述麥克風(fēng)111檢測待測機械發(fā)出的聲音信號，所述麥克風(fēng)111將檢測到的聲音信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化后變?yōu)殡娦盘杺魉偷絾纹瑱C12中。所述單片機12將接收到的電信號進行傅里葉變換轉(zhuǎn)換成N次諧波，取前三個諧波并將其轉(zhuǎn)換合成為頻域信號。所述單片機12對所述頻域信號的幅值變量，與原先測得待測機械正常運行情況下的對應(yīng)頻譜信號(基準幅值變量)作對比，若相同則繼續(xù)該循環(huán)(即繼續(xù)控制所述麥克風(fēng)111進行檢測)；若不相同，單片機12發(fā)出觸發(fā)信號，觸發(fā)所述報警模塊14 ;同時發(fā)出使能信號，使聲源定位模塊13處于工作狀態(tài)。所述聲源定位模塊13包括一溫度傳感器131和麥克風(fēng)陣列132。所述溫度傳感器131用于記錄在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時的環(huán)境溫度，從而得出聲速；所述聲速可以根據(jù)記錄的溫度采用單片機12通過查表法得出。因為固定溫度的聲速是確定的，且查表法比利用算法來計算聲速的速度快。同時，所述麥克風(fēng)陣列132記錄待測機械發(fā)出的聲音信號到達所述麥克風(fēng)陣列132中不同麥克風(fēng)的時間，得出時間差。單片機12通過所述聲源定位模塊13得出的聲速和時間差，利用聲達時間差法得出待測機械故障點的平面投影位置。其中，所述麥克風(fēng)陣列132包括至少3個麥克風(fēng)，所有所述麥克風(fēng)均包括極體話筒和NE555芯片。在所述頻譜檢測模塊11的麥克風(fēng)111進行初始化時，所述麥克風(fēng)陣列132中的所有麥克風(fēng)也都要初始化，因為聲音信號到達麥克風(fēng)陣列132中各個麥克風(fēng)的時間不同、能量不同，故任一個麥克風(fēng)的聲音模擬信號不同，所以到達麥克風(fēng)陣列132中各個麥克風(fēng)的聲音信號轉(zhuǎn)換的電信號也不同,所以初始化的時候,所有麥克風(fēng)(包括麥克風(fēng)111)都要初始化。所述報警模塊14與單片機12電性相連，用于在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時發(fā)出警報信號，并顯示待測機械故障點的平面投影位置。所述報警模塊14可以包括一蜂鳴器141和數(shù)碼管142，所述蜂鳴器141用于在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時發(fā)出警報信號；所述蜂鳴器141可以采用壓電式蜂鳴器，壓電式蜂鳴器是一種電聲轉(zhuǎn)換器件，將壓電材料粘貼在金屬片上，當壓電材料和金屬片兩端施加上一個電壓后，因為壓電效應(yīng)，蜂鳴片就會產(chǎn)生機械變形而發(fā)出聲響。所述數(shù)碼管142用于顯示待測機械故障點的平面投影位置，例如交替顯示故障點的平面投影的坐標來顯示待測機械故障點的平面投影位置。由此，可以實現(xiàn)待測機械的故障定位，為技術(shù)人員對故障的排除提供依據(jù)。參見圖2，本實用新型一種故障檢測裝置工作流程示意圖。首先，初始化所述頻譜檢測模塊11的麥克風(fēng)111 (如圖中所示麥克風(fēng)4，以下簡稱麥克風(fēng)4)、以及所述麥克風(fēng)陣列132中所有麥克風(fēng)(以3個麥克風(fēng)為例，如圖中所示麥克風(fēng)
I、麥克風(fēng)2以及麥克風(fēng)3)，得到相應(yīng)的麥克風(fēng)的信號初始值。單片機12的計時器每分鐘向麥克風(fēng)4發(fā)出控制信號，控制其檢測待測機械發(fā)出的聲音信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)化后變?yōu)殡娦盘杺魉偷絾纹瑱C12中。所述單片機12將接收到的電信號進行傅里葉變換轉(zhuǎn)換成N次諧波，取前三個諧波并將其轉(zhuǎn)換合成為頻域信號。所述單片機12對所述頻域信號的幅值變量，與原先測得待測機械正常運行情況下的基準幅值變量作對比(即將麥克風(fēng)4的工作值與麥克風(fēng)4的信號初始值做對比)，若相同則繼續(xù)該循環(huán)(即繼續(xù)控制麥克風(fēng)4對待測機械發(fā)出的聲音信號進行檢測)；若不相同，單片機12發(fā)出觸發(fā)信號，觸發(fā)所述報警模塊14的壓電式蜂鳴器發(fā)出蜂鳴報警聲；同時發(fā)出使能信號，使聲源定位模塊13處于工作狀態(tài)。所述聲源定位模塊13的溫度傳感器131記錄下在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時的環(huán)境溫度，并通過單片機12采用查表法得出聲速；同時，麥克風(fēng)1、2、3分別記錄非正常聲音信號到達自身的時間，將此時麥克風(fēng)1、2、3得到的非正常信號的值與各自的信號初始值對比得出故障點。參見圖3，本實用新型一種故障檢測裝置故障點定位示意圖。把三維的故障點投影在二維平面上，然后用二維算法來計算故障點，得出的是一個平面二維坐標，故障點就在這個點所在的垂直直線上。以3個麥克風(fēng)為例，如圖中所示麥克風(fēng)I、麥克風(fēng)2以及麥克風(fēng)3，假設(shè)麥克風(fēng)I所在位置為A點(即坐標原點)、麥克風(fēng)2所在位置為B點以及麥克風(fēng)3所在位置為C點，3個麥克風(fēng)設(shè)置成等腰直角三角形模式(即AC=AB)，S點即為三維的故障點在二維平面上的投影，S點與坐標軸X的夾角為Θ。根據(jù)三角余弦定理可得關(guān)系式SC2=SA2+AC2 — 2 · SA · AC · Cos (90 — Θ )(I)[0041 ] SB2=SA2+AB2 — 2 · SA · AB · Cos θ (2)假定通過本實用新型的所述溫度傳感器131得到的當前環(huán)境中的聲速為V，且麥克風(fēng)I和麥克風(fēng)2接收到的待測機械發(fā)出的聲音信號的時延差為τ ，麥克風(fēng)I和麥克風(fēng)3接收到的待測機械發(fā)出的聲音信號的時延差為τ Α。，則SA、SB、SC的關(guān)系為SC=SA+V . Tac(3)95=SA+V · Tab(4)故障點S的方向角為Sin Θ =[ SA2+ I — (SA+ ν · τ Ac) 2] / (2 · SA)(5)Cos Θ =[ SA2+ I - (SA+ v · τ AB) 2] / (2 · SA)(6)結(jié)合公式(I)、(2)、(3)、(4)，然后利用萬能公式，分別列出d，e，f (d，e，f分別是一元二次方程的系數(shù))，然后算出SA，再利用公式(5)、(6)，得出S點的x，y值。具體公式如下其中 Longtriangle 代表長，Trianglewidth 代表寬。[0049]d=4*pow ((Longtriangle)木(Trianglewidth)，2) _4*pow (v^Longtriangled (timeC-timeA), 2) ^^pow (Trianglewidth^v^ (timeB-timeA), 2);e=_4*(pow(Longtriangle, 2)^pow(v*(timeC-timeA)，3)-pow (Longtriangle^Trianglewidth, 2)(timeC-timeA)+pow(Trianglewidth, 2)^pow(v*(timeB-timeA)，3)-pow(Longtriangle^Trianglewidth, 2)(timeB-timeA));f=_(pow(Longtriangle, 2)^pow (v*(timeC-timeA)，4)_2*pow (Longtriangle^Trianglewidth*v，2)* (pow ((timeC-timeA)，2)+pow ((timeB-timeA)，2))+pow (Longtriangle，2)^pow(Trianglewidth,4)+pow(Longtriangle, 4)^pow(Trianglewidth, 2) +pow(Trianglewidth，2)*pow(v*(timeB-timeA)，4));sa= (e-pow ((e*e_4*d*f)，0. 5)) / (_2*d);X=(sa^sa+Longtriangle^Longtriangle-(sa+v^(timeB-timeA)) *(sa+v^ (timeB-timeA) ))/ (Longtriangle*2);y= (sa^sa+Trianglewidth^Trianglewidth-(sa+v^(timeC-timeA)) *(sa+v^(timeC-timeA)))/(Trianglewidth*2);通過數(shù)碼管交替顯示故障點平面二維坐標的X，y坐標值，由此可知故障點在S(x，y)所在的垂直直線上。用戶通過本實用新型可以既精確，又快速地測得待測機械的故障點，檢測精度高、適用于任意大型機械，適用檢測故障的范圍廣；操作簡單，檢測與定位都通過單片機完成，對于操作者的技術(shù)要求低；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施例，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型結(jié)構(gòu)的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種故障檢測裝置，其特征在于，包括頻譜檢測模塊、單片機、聲源定位模塊以及報警模塊；所述頻譜檢測模塊包括一麥克風(fēng)，所述麥克風(fēng)與所述單片機電性相連，用于檢測待測機械發(fā)出的聲音信號并將所述聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號傳送給所述單片機；所述單片機分別與所述麥克風(fēng)、聲源定位模塊以及報警模塊電性相連，用于向所述頻譜檢測模塊發(fā)出控制信號，控制所述麥克風(fēng)檢測待測機械發(fā)出的聲音信號；所述聲源定位模塊包括一溫度傳感器和麥克風(fēng)陣列；所述報警模塊在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時發(fā)出警報信號，并顯示待測機械故障點的平面投影位置。
2.如權(quán)利要求I所述的一種故障檢測裝置，其特征在于，所述單片機包括一計時器，所述計時器每分鐘向所述頻譜檢測模塊發(fā)出控制信號，控制所述麥克風(fēng)檢測待測機械發(fā)出的聲音信號。
3.如權(quán)利要求I所述的一種故障檢測裝置，其特征在于，所述麥克風(fēng)陣列包括至少3個麥克風(fēng)。
4.如權(quán)利要求I所述的一種故障檢測裝置，其特征在于，所述頻譜檢測模塊中的麥克風(fēng)和所述麥克風(fēng)陣列中的麥克風(fēng)均包括駐極體話筒和NE555芯片。
5.如權(quán)利要求I所述的一種故障檢測裝置，其特征在于，所述報警模塊包括一蜂鳴器和數(shù)碼管，所述蜂鳴器用于在所檢測到的電信號的幅值變量與基準幅值變量不相同時發(fā)出警報聲；所述數(shù)碼管用于顯示待測機械故障點的平面投影位置。
6.如權(quán)利要求5所述的一種故障檢測裝置，其特征在于，所述的蜂鳴器采用壓電式蜂鳴器。
專利摘要一種故障檢測裝置，包括頻譜檢測模塊、單片機、聲源定位模塊以及報警模塊；頻譜檢測模塊包括一麥克風(fēng)，麥克風(fēng)與單片機電性相連；單片機分別與麥克風(fēng)、聲源定位模塊以及報警模塊電性相連，用于控制麥克風(fēng)檢測待測機械發(fā)出的聲音信號，并對麥克風(fēng)傳送的電信號進行頻譜分析，在檢測到故障發(fā)生時觸發(fā)報警模塊，同時使聲源定位模塊處于工作狀態(tài)；聲源定位模塊包括溫度傳感器和麥克風(fēng)陣列，溫度傳感器記錄在故障發(fā)生時的環(huán)境溫度得出聲速，麥克風(fēng)陣列記錄故障發(fā)生時待測機械發(fā)出的聲音信號到達麥克風(fēng)陣列中不同麥克風(fēng)的時間，得出時間差，進而得出待測機械故障點的平面投影位置；報警模塊在故障發(fā)生時發(fā)出警報信號，并顯示故障點的平面投影位置。
文檔編號G01M99/00GK202735105SQ20122031687
公開日2013年2月13日 申請日期2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月3日
發(fā)明者陳倩倩, 陳盼晴, 陸永耕, 謝秋池, 傅超, 趙永剛, 陸昕杰 申請人:上海電機學(xué)院