[发明专利]沸腾振动的声波信号时频联合特征提取及沸腾识别方法

说明书

本发明公开了一种基于时频联合回归的电磁炉沸腾程度识别方法，包括对采集的电磁炉沸腾振动的原始声波信号序列的每段声音信号进行滤波，得到7个倍频程信号；计算7个倍频程信号的能量参数；提取各倍频程信号的包络信号；对每个倍频程的包络信号分别用4个高通滤波器进行滤波，得到4个包络倍频程信号；计算每个包络倍频程信号的平均能量；将所述每段声音信号7个倍频程信号的能量参数以及各个倍频程信号的包络倍频程的平均能量组合在一起，得到该段振动信号的具有声波信号时频联合特征的多维特征向量，利用回归参数和多维特征向量计算电磁炉沸腾程度。

技术领域

本发明涉及电磁炉技术领域，特别是电磁炉沸腾振动的声波信号时频联合特征提取及沸腾程度识别方法。

背景技术

随着生活水平的提高，电磁炉已经进入千家万户。目前市场上的电磁炉对温度控制一般有两种模式：一种是恒功率控制，另一种是恒温控制。恒温控制的电磁炉由于能够实时检测锅底温度，采用基于温度反馈的控制算法，自动调整功率大小，大大方便了人们的日常生活。但是这种方式的效果和人工手动控制相比还有不小的差距。人工控制主要通过对锅内沸腾程度的判断来适度调节火力的大小。水的沸腾程度由水温、水的沸点和加热功率决定，而沸点又和气压以及水中物质成分及浓度有很大关系，人们吃火锅时的红汤和清汤就是一个典型的例子。因此，检测到单一的温度不能代表电磁炉的沸腾程度，也就不能圆满解决电磁炉的沸腾控制。而人工对电磁炉沸腾程度的判断主要靠视听两个感官感受，单一依靠视觉或听觉都能够完成对电磁炉沸腾程度的判断，而通过对沸腾产生的声音振动的检测和识别是一种相对经济的手段。

通过实验观察可以发现，随着加热时间的推移，电磁炉内液体的沸腾情况可以大致分为三个阶段：(1)预沸腾期：在此阶段，锅的底部受热达到内部液体的沸点，气泡开始产生，体积较小，但由于上面的液体温度没有达到沸点，气泡刚离开锅底不久就消失不见。该阶段的特点是气泡产生的机械振动要通过锅和液体的传递，而后使外面的空气振动，产生声波使人耳能够听到。该阶段产生的声音频率较高，响度较低。(2)沸腾初期：锅底部受热产生的气泡速度加快，临近的气泡合并成较大的气泡，并能够上升到达液面，之后才破裂发生容积振荡，产生声音。该阶段产生的声音响度较高，低频成分增加，声音波形的包络在宏观时间上表现为不连续的冲激。(3)剧烈沸腾期：全部液体温度到达沸点，锅底部受热产生气泡的速度进一步加快，上升到达液面的气泡越来越多，液体也发生剧烈的运动。该阶段产生的声音响度较高，低频分量进一步增加，声音波形的包络在宏观时间上趋于平稳。由于不同阶段的声音特性在时域和频域各有特点，因此，综合采用时域和频域的信息，能够以较高的可信度对液体的沸腾程度进行识别。

根据以上分析，我们设计了一种基于时频联合回归的电磁炉沸腾程度识别方法，分析和仿真实验表明了该方法在计算上的高效性和对沸腾程度识别的有效性。

发明内容

本发明的目的是针对现有电磁炉功率控制中存在的液体沸点不固定导致单靠温度反馈控制适用性不高的问题，提供电磁炉沸腾振动的声波信号时频联合特征提取及沸腾程度识别方法。

根据本发明第一方面，一种电磁炉沸腾振动的声波信号时频联合特征提取方法包括：

对采集的电磁炉沸腾振动的原始声波信号序列的每段声音信号，分别用其通过频率为倍频的7个高通滤波器进行滤波，得到7个倍频程信号；

计算所述7个倍频程信号的能量参数；

提取各倍频程信号的包络信号；

对每个倍频程的包络信号分别用4个高通滤波器进行滤波，得到4个包络倍频程信号；

计算每个包络倍频程信号的平均能量；

将所述每段声音信号7个倍频程信号的能量参数以及各个倍频程信号的包络倍频程的平均能量组合在一起，得到该段振动信号的具有声波信号时频联合特征的多维特征向量。