一种基于声音特征的风力发电机叶片缺陷远程监测系统
本发明公开了一种基于声音特征的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，属于风力发电机叶片缺陷监测与机器学习领域，包括：三个成120°环绕风机塔筒布置的传声器、数据采集与通信模块、塔基交换机、光网络和风场中心服务器；三个传声器以非接触的方式采集风机叶片运行时产生的声信号，并传送给数据采集与通信模块，由数据采集与通信模块按照UDP协议以数据包的形式经过塔基交换机及光网络传输到服务器；服务器包括：声信号接收模块，用于接收数据包并重组得到完整的声信号；声信号处理模块，用于提取声信号的声音特征并输入至支持向量机模型，以输出风力发电机叶片的健康状态。本发明能有效解决检测设备不易安装维护、稳定性差、实时性低的技术问题。
发明专利
CN202110029630.1
2021-01-11
CN112885373A
2021-06-01
G10L25/27(2013.01)
华中科技大学
刘小英;江忠旭;罗志祥;李燊;王创;蔡巧巧;万俨彬
430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
华中科技大学专利中心
李智
湖北;42
1.一种基于小波声音特征分析和支持向量机的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，其特征在于，包括：三个成120°环绕风机塔筒布置的传声器、数据采集与通信模块、塔基交换机、光网络和风场中心服务器； 三个传声器分别连接于数据采集与通信模块，数据采集与通信模块连接于塔基交换机，塔基交换机和服务器均接入光网络； 三个传声器以非接触的方式采集所述风力发电机叶片运行时产生的声信号，并传送给数据采集与通信模块，数据采集与通信模块按照UDP网络协议以数据包的形式经过塔基交换机及光网络将声音信号传输到服务器； 所述服务器包括： 声信号接收模块，用于接收由所述声信号发送模块发送的数据包，并重组得到完整的声信号； 声信号处理模块，用于提取所述声信号接收模块重组得到的声信号的声音特征，并输入至已训练好的叶片状态预测模型，由所述叶片状态预测模型输出所述风力发电机叶片的健康状态； 其中，所述叶片状态预测模型为支持向量机模型，所述叶片的健康状态用于指示所述叶片是否存在缺陷。 2.如权利要求1所述的基于小波声音特征分析和支持向量机的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，其特征在于，所述声信号处理模块提取所述声信号接收模块重组得到的声信号的声音特征的方式包括： 将声信号转换为频谱数据，利用小波包分解法得到所述频谱数据中各频带的能量； 将各频带的能量进行归一化操作，得到所述声音特征。 3.如权利要求1或2所述的基于小波声音特征分析和支持向量机的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，其特征在于，所述叶片状态预测模型的训练方式包括： 收集叶片状态已知的风力发电机叶片运行时产生的声信号，采用小波分析提取声音特征，由声音特征及对应的叶片状态为训练样本，得到训练数据集，将所述训练数据集划分为训练集和测试集； 建立支持向量机模型，用于根据声音特征预测叶片状态；利用所述训练集和所述测试集分别对所述支持向量机模型进行训练和测试，在训练和测试结束后，将所述神经网络模型作为所述叶片状态预测模型。 4.如权利要求3所述的基于小波声音特征分析和支持向量机的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，其特征在于，所述叶片状态预测模型的训练方式还包括：经过预设时间间隔后，对所述叶片状态预测模型进行重新训练。 5.如权利要求1或2所述的基于小波声音特征分析和支持向量机的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，其特征在于，所述声信号发送模块在所述数据包中以3声道的形式同时传输所述3个传声器采集到的声信号。 6.如权利要求5所述的基于小波声音特征分析和支持向量机的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，其特征在于，所述服务器，还用于在所述声信号采集未发送数据包时，向所述声信号采集发送启动配置数据包；所述启动配置数据包中记录的信息包括传声器的IP地址和MAC地址，以及所述服务器的IP地址和端口； 所述声信号采集，还用于监听接收所述服务器段发送的启动配置数据包，在接收到启动配置数据包时，将其自身所包含的传声器的IP地址和MAC地址与所述启动配置数据包中的传声器的IP地址和MAC地址进行匹配，并在匹配成功的情况下依据所述服务器的IP地址和端口对数据包的发送目的地进行配置，配置完成后，开始采集声音信号并发送至所述服务器。 7.如权利要求1或2所述的基于小波声音特征分析和支持向量机的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，其特征在于，所述数据包中还包括时序码和状态码；所述时序码用于记录所述数据包中声音信号的采样时刻，所述状态码用于指示所述风力发电机是否处于运行状态。 8.如权利要求1或2所述的基于小波声音特征分析和支持向量机的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，其特征在于，所述声信号接收模块还用于将重组得到的声信号以音频文件的形式进行存储，且存储位置与所述声信号处理模块预测出的叶片状态相对应。 9.如权利要求8所述的基于小波声音特征分析和支持向量机的风力发电机叶片缺陷远程监测系统，其特征在于，所述服务器还包括： 交互模块，用于对所述声信号处理模块预测出的叶片状态进行可视化显示，和/或提供音频文件获取接口； 所述音频文件获取接口被触发时，所述服务器会返回最新存储的音频文件。