[发明专利]一种多水泵环境下的拾音判别方法

说明书

本发明属于煤矿井下设备自动监测领域。

背景技术

煤矿综合自动化系统中实现了地面对井下抽水泵的远程控制，由于水泵是内部旋转的设备，外部看不到动作，不能用工业电视监视水泵是否开启。目前，使用拾音器来检测某台水泵开启时的声音，并通过网络将数字化的声音传送到地面，在地面用喇叭来播放开启声音，用来辅助识别该水泵是否正常开启，方法如图所示。

各拾音器检测水泵开启时的声音，通过交换机和工业以太网，传送到地面控制用计算机，控制用计算机可在实现水泵控制的同时，控制喇叭，播放相应水泵开启时的声音。此技术简单说控制电脑就像一个开关，将所需的某个拾音器接到喇叭播放，如图2所示。

比如，在开启2号泵时，就将2号拾音器的声音通过喇叭播放。这种方法的缺点是，当泵房具有多台水泵时，如当1号泵和3号泵都开着时，则2号泵没开启时，2号拾音器己检测到较强的声音信号，再开启2号泵时，由于相邻水泵运行的声音相互干扰，难以通过开启时的声音对2号泵是否正常开启进行正确的识别。

发明内容

由于考虑到煤矿井下供电网的稳定性，水泵房开泵通常都是单台启动，如需运行多台泵时，只有等前面开启的水泵稳定运行后，再开启其他的水泵。因此，本方法也仅考虑任一时刻只有单台水泵启动运行的情况。

当第i台水泵处于运行状态时，其附近的拾音器势必也检测到水泵运行的声音，附图1示出了当第i台水泵运行时，其他相邻拾音器检测到的声音场强分布示意图。即在泵房中的其他拾音器也测量到声音。

附图2示出了当两个泵运行时，如第i-1和i+1台泵运行，由这两台泵引起的声音场强的分布。可见第i台泵的拾音器也检测到较强的声音信号。

此时，如果开启第i台水泵，则声音场强的分布模式如附图3所示。比较附图2与附图3可见，在开启第i台水泵时，己在运行的水泵的声音是作为背景声音存在的，这不是操作者关注的内容。操作者关心的是在开启第i台水泵时，通过声音去判别第i台水泵是否已经开启了，即希望听到真正的第i台泵开启的声音，而并不关心己经在运行的水泵。因此，由附图2与附图3的声音场强分布模式中可看出，如果从附图3中扣除附图2所示的背景声场强，就可还原出如附图1所示的第i台水泵开启的声音。真实通过声音来反映煤矿井下水泵房泵的开启情况。

为此，附图4示出了基于声音场强模式分析来扣除背景声音来实现对正在开启的水泵进行声音检测的原理框图。与上面图2不同的是，此时的控制用计算机不再是简单的作为一个切换开关来使用，而是作为一个声音场强模式分析器，在分析背景场强分布的基础上，将背景声音模式存贮在计算机中，当新的水泵开启时，从新检测到的声音场强模式中扣除开启前的背景声音模式，获取到新水泵开启时的声音，并通过喇叭播放出来。在这种方法中，所有拾音器所检测到的声音对声音模式的分布均有贡献，而不再是简单的将某一个拾音器切换到喇叭来播放。

附图5是进行声音场强模式分析的流程图。首先从控制信号中判断是否要开泵，如果接收到开泵信号，则在开泵前先采集开泵前泵房中水泵运行的背景声音信号，建立开泵前的背景声强模式，然后控制开泵。再采集泵房的多路声音信号，获取新的声强模式，判断声强模式是否有明显变化，若有较为明显的变化，则用新模式扣减去旧模式，获取新开泵的启动声音，并控制将声音从喇叭输出，帮助操作人员来判断该水泵是否正常开启。

本发明的优点

1）将泵房中所有拾音器采集的多路数字音频信号用作整体声场模式分布信号，信息齐全，检测更为全面。

2）将开泵前的声音场强作为新开泵时间声音背景，通过模式分析，可扣除背景，准确判断新开泵的启动声音。

3）有助于水泵操作人员通过开泵声音判断开启是否成功，避免误判，比较现在的切换单一拾音器播放的方法更为有效、实用。

附图说明

图1 现在使用的水泵房拾音系统图；图2 控制计算机在播放声音时的开关作用；附图1：第i台水泵运行时，第i-1、i、i+1拾音器所接收到的声音场强示意图；附图2：两台泵运行时，如第i-1和第i+1泵运行时，声音场强的分布图；附图3：相邻三台泵运行时的声音场强分布情况；附图4：一种多水泵环境下的拾音判别方法的实现；附图5：声音场强模式分析流程图。

具体实施方式

本发明实施的一个重要特点是基本不改变系统硬件组成和网络结构。系统组成图仍与图1所示相同，数字化的多路拾音器将采集到的各路信号经交换机进入工业以太网，传输到地面控制室。在地面控制室中的控制用计算机上安装声音场强模式分析软件，通过声音场强模式分析，得到正确的当前水泵开启的声音信号，从喇叭播出。