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声音检测在工业上都有哪些应用场景声音检测在工业上都有哪些应用场景?

来源:www.zuowenzhai.com    作者:编辑   日期:2024-06-14
声的利用包括哪两个方面?每个方面都有哪些实例应用?

1、利用声音可以传递信息。例如隆隆的雷声预示着将有雨,再比如可以用雷达来探测海底的深度、利用雷达定位地方飞机或潜艇的位置,利用B超检查身体(超声波的应用),还有中医的望闻问切中的“闻”也是通过声音来判断疾病的(不如通过敲击肚子发出的声音可以判断有无积水)2、利用声音可以传递能量。例如利用超声波治疗结石(超声波可以将结石击碎,从而排除体外)、利用超声波清洗钟表等精密仪器

传感器是把一种能量转换成另一种能力的装置,把被测信号转化成电信号的装置,它在我们生产、生活和科研方面都有着非常广泛的用途,大到军事、天文方面的应用,小到我们日常生活的煮饭、洗衣等自动化方面的应用。可以说,传感器的应用已经深入到了整个社会生活的方方面面。

1.传感器在生产中的应用。
在工业自动化生产中,随着现代技术的发展,对安全生产的要求越来越高,对在生产过程中各种量的检测和控制的自动化水平也越来越强,传感器在钢铁、造纸、石化、医药、食品等企业中得到了广泛的应用。如差压传感器在医药方面的应用,光纤传感器在智能复合材料中和热加工生产中的应用,红外传感器在皮带运输机安全警示系统中应用,电涡流传感器在印刷品厚度检测中的应用。距离传感器在判断车辆运动速度方面的等。湿度传感器在纺织印染生产中的应用很广。在纺织印染生产中,因为对湿度的要求非常高,常常需要对生产环境的湿度进行准确测量。起先是采用湿度计来进行,但随着现代科学技术的发展,加上湿度测量本身比较复杂,这种仅靠湿度计来测量湿度的方法已经远远不能胜任。湿度传感器是通过湿敏元件,把空气中水蒸气转换成电信号输出,湿度传感器具有反应迅速、测量准确等优点,被大量地应用到纺织印染生产中,提高了生产的质量。

2.传感器在生活中的应用。
传感器在日常生活中更是无处不在,它正在改变着人们的生活方式,充分显示出它给人们生活带来的方便、安全和快捷。比如当我们夏天使用空调时,它为什么会让房间保持在一个设定的温度下呢?这是因为空调中有一个用热敏电阻制成的感应头,当周围空气的温度发生变化时,热敏电阻的阻值就会随之而发生相应的改变,通过电路转换为电流信号从面控制压缩机的工作。又比如烟雾报警器,就是利用烟敏电阻来测量出烟雾浓度,达到一定浓度即引起报警系统工作,从而达到报警的目的。还有我们的光敏路灯、声控路灯等也是利用传感器来自动控制开关的通和断的。在我们的生活中用到传感器的地方还很多,比如自动门、手机触摸屏、鼠标、数码相机、电子天平、话筒、电子温度计、自动洗衣机、红外线报警器等。

3.“五官”传感器的优势
随着人们生活的需要,单凭人的感觉器官来获取信息已经不能满足要求,于是科学家们研制出了大量的传感器来帮助人们获取信息。正是因为传感器的广泛使用,使得人们获取信息的范围已经延伸到更宽、更广的领域。模仿人的感觉器官来获取信息的“五官”传感器与人体的某个具体感官相对应着:光敏传感器对应人的视觉器官;气敏传感器对应人的嗅觉器官;声敏传感器对应人的听觉器官;化学传感器对应人的味觉器官;压敏、温敏、流体传感器对应人的触觉器官。使得传感器就象人一样具有敏感的感觉功能。五官获取的信息是通过人的感觉细胞将非电量(光、声、温度、湿度、压力、重量、香味、臭味、酸、甜、苦、辣等)变成电脉冲(电量:电荷量、电压、电流、电阻、电容、电感等),电脉冲通过神经将其送至大脑,感知到信息。传感器正是利用这个原理来模仿人的各种感觉的。与人的五官相比,传感器拓宽了人的感觉器官的能力。过去,人类必须依靠眼、鼻、口、耳来感觉外界颜色、声音、气味,感知温度的变化等各种信息。现代生产需要准确地获取各种信息并做出迅速、准确的反应,但是光靠人类的感官就很难实现,于是,传感器就应运而生了。与人的五官相比,当然它也有它的缺陷。传感器实际上就是电子产品,而人在感知事物时是带有思维和感情的,这一点是被人制造出来的电子产品无法比拟的。尽管随着人类科学技术的发展,它模仿人类的功能越来越强,但在很多性能上远不如人的感觉器官,始终存在死板、反应机械等缺陷。

工业声音检测技术,是近几年随着计算机听觉(CA)、人工智能(AI)应用的发展,而逐渐兴起的一门新兴技术。整体技术还处于早期发展阶段,虽不够成熟,但是具有广阔的应用空间。

声音信号具有丰富的信息量,在很多视觉、触觉、嗅觉不合适的场合下,具有独特的优势。声音信号通常被认为与振动信号具有较大的相关性,但声音信号具有非接触性,避免了振动信号数据采集的困难。基于一般音频/环境声的CA技术属于AI在音频领域的分支。

说到具体应用,那就举几个常见工业场景的例子说明一下:

水泥厂、煤矿、热电厂、采矿业等普遍使用输送带托辊(皮带机),由于运行工况恶劣,数量众多,又要求连续运转,并且在线检修不便。要保证输送机长期连续稳定的运行,对有故障托辊的快速发现和及时处理非常重要。为快速安全可靠地发现有故障隐患的托辊,需适时安排检修,避免托辊带病运转可能造成的更高的停机维修成本及产量损失,减少工人的工作强度,托辊异常声音检测系统,原理是对运行中的托辊发出的声音进行辨别,从而判断托辊是否正常,并对异常声音发出报警信号。该装置可以区分托辊良好运行和带故障运行所发声音的区别。即使在高噪声环境下,亦能过滤出周边部件的信号,准确捕捉故障托辊信号。

发动机——发动机是飞机、船舶、各种行走机械的核心部件,有柴油机、汽油机、内燃机、燃气涡轮发动机等几种。发动机故障是发动机内部发生的严重事故,传统的发动机故障诊断高度依赖于工程师的技术能力,发动机的高、中、低3个频带的频谱特性对其进行分析,通过分析发动机噪声的强度可大致判断出发动机部件的故障。人工判断具有很大的局限性,一些经验丰富的技术人员也会有一些失败率,造成时间和金钱的严重浪费。因此,声音检测故障诊断系统既可直接用于自动诊断,提高系统可靠性,节约维护成本,也可作为经验不足的技术人员的训练模块。而且避免了拆分机器安装振动传感器的传统诊断方式的麻烦。

轴承、齿轮和传动部件——旋转机械(轴承、齿轮等)在整个机械领域中有着举足轻重的地位,发生故障的概率又远远高于其他机械结构,因此对该类部件进行状态检测与故障诊断就尤为重要。对于传统的振动传感器需要拆分机器、不易安装的缺点来讲,其可通过在整机状态下检测特定部位的噪声来判定轴承与齿轮等是否异常,可以说是非常省时省力又快捷了。

电气机械和器材——电机是用于驱动各种机械和工业设备、家用电器的最通用装置。电机有很多种,如同步电机 、直流电机 、感应电机。为保证其安全稳定运行,常常需要工作人员定期检修、维护。电机在发生故障时,维护人员听电机发出的声音,以人工方式判断故障的类型,耗费大量人力,而且无法保证及时检测到故障,基于声信号的声纹识别系统将提取的音频特征与某一类型的故障联系起来,可以识别出电机异响及各种类型的故障,如线圈破碎和定子线圈短路等。

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首先我们需要把声音检测技术与语音识别,声纹识别加以区分。从声音特性角度来看,声音可以划分为语音,音乐与环境声三大类,而目前主流的语音识别及声纹识别技术都是针对语音信号处理的,技术发展的相对成熟,而我们所提到的声音检测技术则主要是针对环境声的,包括城市交通,工厂噪声,自然环境声等等,整体技术还处于早期发展阶段,虽不够成熟,但是具有广阔的应用空间。
从学术角度来看声音检测技术的归属——是从属于计算机听觉学科的分支。
什么是计算机听觉?
近10年来,随着半导体技术,互联网,音频压缩技术,录音设备的共同发展,使得数字格式的各种声音急剧增加。在人类听觉机制的启发之下,诞生了一个新的学科——计算机听觉,也可以称之为机器听觉。计算机听觉是一个面向数字音频与音乐,研究用计算机软件来分析和理解海量数字音频内容的算法与系统的科学。
通俗来讲——计算机听觉的目的是让计算机或者机器能具备人类的听觉感知能力!
为了模拟人类能够通过声音特性产生主观感受的能力,计算机听觉要实现的核心功能主要是如下三点:
1、 声音检测/音频事件检测(audio event detection)
2、 声目标识别(acoustic target detection)
3、 声源定位(Sound source location)


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