[发明专利]一种基于音频信号特征来表征交流接触器电寿命的方法

权利要求书

1.一种基于音频信号特征来表征交流接触器电寿命的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

获取历史电寿命试验及待测电寿命试验中交流接触器吸合的音频信号，并待对所有获取的音频信号均进行预处理后，进一步进行特征提取，得到历史电寿命试验及待测电寿命试验中音频信号各自对应的特征；

以音频信号特征为模型特征以及电寿命次数为模型标签，构建出基于BP神经网络的交流接触器电寿命预测模型；

将历史电寿命试验中所有音频信号的特征构成训练集和测试集，通过所述训练集和所述测试集对所述交流接触器电寿命预测模型进行训练，直到训练误差满足要求为止，得到训练好的交流接触器电寿命预测模型；

将待测电寿命试验中音频信号的特征导入训练好的交流接触器电寿命预测模型中，得到待测电寿命试验所对应预测的电寿命次数。

2.如权利要求1所述的基于音频信号特征来表征交流接触器电寿命的方法，其特征在于，对每一次电寿命试验中音频信号进行预处理的方式，包括分帧处理、滤波处理及端点检测。

3.如权利要求2所述的基于音频信号特征来表征交流接触器电寿命的方法，其特征在于，对每一次电寿命试验中音频信号进行分帧处理的步骤具体包括：

确定每一次电寿命试验中音频信号的时域波形，并使用窗函数分帧对每一次电寿命试验中音频信号的时域波形进行处理后，将分帧处理后的每一次电寿命试验中音频信号的时域波形转换为频域波形。

4.如权利要求3所述的基于音频信号特征来表征交流接触器电寿命的方法，其特征在于，对每一次电寿命试验中音频信号进行滤波处理的步骤具体包括：

获取每一次电寿命试验中以频域波形表示的音频信号，并采用预设的FIR滤波器对每一次电寿命试验中以频域波形表示的音频信号进行截取，得到滤波后的每一次电寿命试验中以频域波形表示的音频信号。

5.如权利要求4所述的基于音频信号特征来表征交流接触器电寿命的方法，其特征在于，所述预设的FIR滤波器的形成步骤如下：

(1)由所需要设计的滤波器的要求，得到滤波器的过渡带宽和阻带衰减，选择所需要的窗函数的类型并估计窗函数的宽度N；

(2)求出所需要理想滤波器的单位冲击响应h_d(n)；

(3)使用窗函数截取h_d(n)得到h(n)；

(4)输出频率响应后，看输出是否满足设计要求；

(5)如果不满足，则需要调整窗函数的类型和它的截取长度N，重复所有步骤，直到获得所需要的特性。

6.如权利要求4所述的基于音频信号特征来表征交流接触器电寿命的方法，其特征在于，对每一次电寿命试验中音频信号进行端点检测的步骤具体包括：

获取滤波后的每一次电寿命试验中以频域波形表示的音频信号，采用预设的双门限法进行端点检测，得到端点检测后的每一次电寿命试验中以频域波形表示的音频信号各自所对应的起点和终点。

7.如权利要求6所述的基于音频信号特征来表征交流接触器电寿命的方法，其特征在于，所述预设的双门限法端点检测的步骤如下：

(1)确定短时能量的计算公式如下：

(2)确定每一帧的短时过零率的计算公式如下：

其中，s_i(n)表示原始信号s(n)被分帧加窗后的第i帧信号；

(3)第一次判定：

当前音频信号在端点检测前预留一段无声段，根据无声段的短时能量，选取一个上限值A1，音频信号能量大部分在A1之上，音频信号短时能量与A1相交于C、D两点，确定出当前音频信号的起点和终点在C、D间隔时间段之外；

求取多帧无音频段的能量，确定下限值A2，与音频信号短时能量交于B、E两点，暂时定为当前音频信号的起点和终点；

(4)第二次判定：

根据无音频段短时过零率，以及第一次判定的结果，选取下限值A3，找到A3与短时过零率曲线的交点F和G点，则F和G点就是当前音频信号的起始点。

8.如权利要求6所述的基于音频信号特征来表征交流接触器电寿命的方法，其特征在于，对预处理后的每一次电寿命试验中音频信号进行特征提取的步骤具体包括：

首先，设计Mel滤波器组，该Mel滤波器组由若干个带通滤波器H_m(k)(0≤n＜M)组成；

每个带通滤波器H_m(k)的传递函数如下：

其中，k表示频域中的第k条谱线，M表示滤波器的个数；

设计的Mel滤波器组的中心频率是f(m)可表示为

其中，f_h、f_l分别是第m个Mel滤波器的最高和最低频率，N为FFT的长度，f_s为采样频率；

其次，计算通过每个Mel滤波器的能量，每一个Mel滤波器的能量为：

其中，H_m(k)是Mel滤波器的频域响应；

最后，把Mel滤波器的能量取对数后计算离散余弦变换DCT倒谱，得到MFCC系数；

其中，S(i，m)是Mel滤波器能量；m是指第m个Mel滤波器(共有M个)；i是指第i帧；n是DCT后的谱线。