[发明专利]一种利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法

权利要求书

1.一种利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)在机械设备的正上方布置麦克风阵列；

2)通过麦克风阵列采集被测信号，获得被测声音在时域的电压信号；

3)求得麦克风采集到的电压信号映射到机械平面空间测试点的导向矩阵；

4)对麦克风收集到的时域的电压信号做FFT变换，利用导向矩阵获得频率信息；

5)利用波束成形在频域中对声源进行定位进行初步的故障检测定位；

6)利用p＝Hq的映射关系，再利用iFFT求逆变换求得每一个机械平面空间测试点的时间序列；其中，p为麦克风收集到的信号，H为导向矩阵，q为将麦克风收集到的信号通过导向矩阵一一映射到每一个机械平面空间测试点获得的序列；

7)对每一个机械平面空间测试点的时间序列进行谱峭度的特征提取，谱峭度的大小做为波束成形定位算法的权重；

8)根据数值的相对大小进行成像，获得故障声源产生的位置。

2.按权利要求1所述的利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法，其特征在于所述步骤1)中麦克风阵列为：

选用N个麦克风，布置在一个平面上形成麦克风阵列，该麦克风阵列平面平行放置在机械设备的正上方，相距30～90cm。

3.按权利要求1所述的利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法，其特征在于步骤2)中，获得被测声音在时域的电压信号包括：

201)麦克风阵列的中心点为坐标原点，以麦克风所在平面为xoy平面，以垂直于xoy平面，且过中心点直线为z轴，建立空间直角坐标系；

202)计算中心点到各麦克风的方向矢量，方向指向各麦克风，长度为中心点到各麦克风的距离R；

203)计算中心点麦克风到机械平面空间测试点的方向矢量，方向指向机械平面空间测试点，长度为中心点麦克风到机械平面空间测试点的距离；

204)利用向量的点积运算求出机械平面空间测试点到各麦克风与机械平面空间测试点到中心点麦克风的距离差d＝Rcosθ，其中：R为中心点到各麦克风的距离，θ为中心点到各麦克风的方向矢量和中心点到机械平面空间测试点的方向矢量的夹角；

205)定义三维导向矩阵，其中某一个分量为矩阵的大小为(麦克风数-1)×测试点数×自选的考察的频率范围中频率成分的个数，其中：f_i为选定频率的某一频率分量，f_i为0到奈奎斯特频率的等距采样点中的某一个值，d_j为距离差，c为声音在空气中的传播速度，j为单位虚数。

4.按权利要求1所述的利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法，其特征在于步骤4)中，对麦克风采集到的时域信号做FFT变换为：对采集到的声音信号做FFT变换，获得每一个麦克风时间序列的频率信息；并将不同麦克风做FFT变换后获得的频率信息构成一个矩阵，将上述矩阵和步骤3)中形成的导向矩阵相乘，获得信号的频率信息。

5.按权利要求1所述的利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法，其特征在于步骤5)中，利用波束成形进行初步的故障检测定位为：

将对应的机械平面空间测试点的自选频率范围内的所有频率成分相加得到利用波束成形获得的各个机械平面空间测试点为声源概率的相对可能性大小。

6.按权利要求1所述的利用麦克风阵列进行机械故障检测的方法，其特征在于步骤4)中还包括以下步骤民：对获得的信号频率信息利用iFFT求逆变换求得每一个机械平面空间测试点对应的时间序列。