[发明专利]一种基于三拾音器的磨音信号检测方法

说明书

本发明请求保护一种基于三拾音器的磨音信号检测方法，该方法包括：三拾音器的磨音信号采集模型和基于FastICA的磨音信号处理方法。该方法利用三个拾音器分别采集磨机碾磨时的声音信号、带动球磨机工作的电机音频信号以及将物料吸出的风机音频信号，得到带噪磨音信号、带噪电机信号、带噪风机信号。然后利用FastICA算法，得到估计磨音信号、估计电机信号、估计风机信号。最后将估计磨音信号、估计电机信号、估计风机信号与源电机信号和源风机信号做相似系数的计算，最终得到纯净的磨音信号。测试结果表明：本方法有效抑制了噪声，增强了磨音信号，为实时准确地检测磨机负荷提供了前提条件。

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体为水泥工厂中磨机碾磨过程中发出的磨音信号的采集与处理方法研究。

背景技术

球磨机是水泥生产中物料粉碎的关键设备，在工业生产中具有容量大、维护简单、运行可靠、密封性好等特点。在球磨机生产中，球磨机筒内装载着不同种类不同规格的碾磨介质，如钢球、钢棒和碾磨的矿石等。当筒体转动时，筒体内的物料在重力的作用下产生冲击作用，在倾泻状态下起碾磨作用，将物料碾磨成粉末状，最后在风机的拉力作用下，将粉碎后的物料从出料口排出。但是磨机生产过程中，由于缺乏准确，可靠的检测方法，因此球磨机很容易出现空磨和饱磨等非正常现象。长期空磨会造成磨机运行效率低、能源浪费、损坏筒体、减少磨机的使用寿命；饱磨会造成物料碾磨不合格、堵塞筒体等有害现象。因此，使磨机长期处于正常磨的工作状态，可有效提高磨机工作效率、降低能耗、增加产量高。

目前市场也存在一些常见的处理球磨机发出的声音(简称磨音)方法，常用主要为双拾音器的磨音信号检测方法在采集磨机碾磨声音(简称磨音)。基于双拾音器的磨音信号采集和处理方法如下：主拾音器主要用来采集带噪磨音信号和背景噪声，副拾音器背向磨机采集周边的环境噪声，再通过谱减法对主拾音器采集的磨音信号进行去噪。假设带噪磨音信号为y(n)，纯净磨音信号为x(n)，周边环境噪声为d(n)，它们之间的关系可用下式的加性模型表示。

y(n)＝x(n)+d(n) (1)

对上式两边DFT得到表达式(2.4)，它们之间的关系为

Y(ω)＝X(ω)+D(ω) (2)

其中带噪磨音信号的频谱为Y(ω)，纯净磨音信号的频谱为X(ω)，噪声信号的频谱D(ω)。信号经过加窗处理后，对上式两端同时取平方得到功率谱，可得到下式(2.5):

其中被称为交叉项，当d(n)具有0均值，并且与x(n)不相关时，则式(2.5)进一步化简可得。

|Y(ω)|²＝|X(ω)|²+|D(ω)|² (4)

或者写为：

|X(ω)|²＝|Y(ω)|²-|D(ω)|² (5)

根据谱减法，主拾音器采集的带噪磨音信号为Y(ω)，副拾音器采集的周边环境噪声为D(ω)，将带噪磨音信号的频谱与周边环境噪声的频谱相减即可去磨音信号去噪。但是在实际上二者在频谱可能会有重叠，且带噪的磨音信号的频谱与周边环境噪声的频谱相减时可能会出现负值，这是对噪声信号出现了过估计的问题。因此，此方法虽然简单，但是用于磨机负荷检测时，准确性较差。因此，为了更好的满足磨音信号处理需求，发明一种针对新的磨音信号的采集和处理方法显得尤为重要。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中的问题。提出了一种基于三拾音器的磨音信号检测方法。本发明的技术方案如下：

一种基于三拾音器的磨音信号检测方法，其包括以下步骤：

利用三拾音器分别采集球磨机现场电机、风机和球磨机工作时发出的音频信号；