一种分布式光纤托辊故障监测的实时音频监测与定标系统的制作方法

本发明涉及光纤音频测量，尤其涉及一种分布式光纤托辊故障监测的实时音频监测与定标系统。

背景技术：

1、光纤音频测量技术领域属于光纤传感与声学检测交叉应用的技术方向，主要研究如何利用光纤作为传感介质采集环境中的声波或振动信号以实现对目标设备或系统状态的监测与识别，在工业装备状态监控、结构健康检测、故障预警等场景中具有广泛应用，其中，分布式光纤托辊故障监测的实时音频监测与定标系统是指通过在托辊输送系统沿线布设分布式光纤传感器用于采集传输过程中由托辊运动状态引发的声振信号，通常采用基于光纤干涉测量结构获取声学信号并利用声速分布规律进行距离定位，同时结合频谱特征提取方法对音频信号进行频率域划分以识别托辊是否存在磨损或卡滞等故障状态，并通过标准声源或参考信号源进行定标以提高监测信号的准确性与一致性。

2、现有技术依赖光纤干涉测量结构与声速规律完成声信号的获取与定位，在多托辊连续分布或环境背景噪声干扰增强的情境下，声源特征可能发生局部模糊或频谱重叠，致使单次信号响应难以充分刻画托辊运动异常过程，特别是在托辊微小磨损或非持续性卡滞初期，易出现特征信号未触发阈值或定位范围过宽的情况，进而降低故障识别的精度与时效，典型场景如输送带高速运行时环境震动叠加信号波动，将对基于频谱划分的方法造成干扰，使得监测结果易产生误判或漏检。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种分布式光纤托辊故障监测的实时音频监测与定标系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种分布式光纤托辊故障监测的实时音频监测与定标系统包括：

3、波动突变识别模块获取分布式光纤传感链路中托辊段的实时声压幅值序列与对应时间序列，计算同一光纤采样点处相邻声压值差值，筛选连续三点呈现递增趋势样本组，计算末端点与前两点中的最大差值，当差值光纤微弯损耗阈值时记录为起始识别点，生成声压突变起始点索引；

4、波群截取定界模块基于所述声压突变起始点索引，从对应位置起依时间序列向后截取声压数据段，依据托辊跨度设定波段边界，获取托辊声群截取波段；

5、转向变化分析模块基于所述托辊声群截取波段，执行波动方向性匹配，当相邻时间窗方向性从一致转变为相反时，计算两个时间窗内声压幅值最大差异，若大于瑞利散射强度波动阈值则标记为方向突变，获取方向突变幅差匹配组；

6、声源编号筛定模块基于方向突变幅差匹配组，索引首个达到方向突变的光纤采样点，统计对应编号在时段内的重复记录频次，筛选频次大于频率触发门限且幅值变化连续递增的编号，获取声源编号识别序列。

7、作为本发明的进一步方案，所述声压突变起始点索引包括声压变化拐点时间标记、识别位置索引号、微弯损耗判断结果，所述托辊声群截取波段包括波段起始时间、波段终止时间、对应托辊编号，所述方向突变幅差匹配组包括最大幅值差、突变时间点、匹配光纤通道，所述声源编号识别序列包括声源物理编号、时间戳序列、触发频次计数结果。

8、作为本发明的进一步方案，所述波动突变识别模块包括：

9、声压数据采集子模块获取分布式光纤传感链路中托辊段的实时声压幅值序列与对应时间序列，在光纤采样点处监测声压值变化并按时间顺序进行整理，形成连续样本点的声压数据集合，得到采样声压时间序列组；

10、趋势筛选识别子模块基于所述采样声压时间序列组，在相同采样点位置识别相邻样本中呈现连续递增趋势的三点样本组，并对末端样本点与前两点间的声压变化幅度进行处理，获取声压上升差值序列；

11、突变点索引生成子模块根据所述声压上升差值序列，将样本点变化幅度与光纤微弯损耗阈值进行对照，筛定超过光纤微弯损耗阈值的关键点位，并对所在样本点进行编号整理，生成声压突变起始点索引。

12、作为本发明的进一步方案，所述波群截取定界模块包括：

13、数据段截取子模块基于所述声压突变起始点索引，按时间序列从每个突变点对应位置向后调用声压幅值数据，按时间间隔提取固定长度的声压记录段，将采样点的编号及时间信息记录于对应数据结构中，得到声压截取数据段；

14、结构匹配子模块根据所述声压截取数据段中记录的光纤链路位置编号，结合托辊结构分布图谱进行比对匹配，查找每段数据所在位置对应的托辊结构范围，对光纤传感点分布长度与结构实际映射关系的比对判断段落位置边界，将匹配区段位置转化为对应波段标识，得到托辊结构对应区段；

15、波段定界子模块基于所述托辊结构对应区段，依据每段托辊跨度值与截取数据段起点编号，对截取区段起止边界进行定界操作，结合采样点长度比与采样时间密度，运算获取声群截取有效区间长度，并按长度范围对数据进行标记分组，获取托辊声群截取波段。

16、作为本发明的进一步方案，所述转向变化分析模块包括：

17、方向性序列提取子模块基于所述托辊声群截取波段，提取相邻两个光纤采样通道内在相同时间段采集的声压幅值序列，将同一时刻点的通道声压值设定为对应项，对两个序列中每组数据的差值方向进行判断，按时间序列排列构成方向性序列，生成方向性变化序列；

18、时间窗方向判断子模块基于所述方向性变化序列，按固定步长设定连续时间窗并划分序列段，获取各时间窗内所有方向符号，将相邻两个时间窗的方向性结果进行比对，若方向从相同变为完全相反，则提取转换时刻点对应的序列编号与时间戳，获取方向突变转折点序列；

19、突变幅差标记子模块根据所述方向突变转折点序列，获取所在时间窗及前一时间窗内的声压幅值序列，提取最大值并计算其差值幅度，运算获取方向突变幅度差值，获取幅差超出瑞利散射强度波动阈值对应的时间点与序列编号，生成方向突变幅差匹配组。

20、作为本发明的进一步方案，所述声源编号筛定模块包括：

21、突变起点提取子模块基于所述方向突变幅差匹配组，按照时间顺序依次遍历突变记录，提取每一突变事件首次触发的光纤采样点编号，读取编号在分布式结构中的实际通道标识，并结合突变记录中的时间信息对该编号进行对应匹配，获取突变编号时间映射表；

22、重复频次统计子模块基于所述突变编号时间映射表中所有编号及对应的时间戳信息，以滑动窗口方式遍历全时段数据，提取每个时间段内所有编号的突变出现次数，对每一编号在各时间段内的重复记录情况进行分类统计，筛选在统计时间段内突变频次大于频率触发门限的编号集合，并以编号标签为单位进行整理归类，生成高频触发编号列表；

23、编号序列识别子模块根据所述高频触发编号列表中的编号集合，检索每一编号在突变编号时间映射表中的完整触发记录，提取在连续时间区间内的突变次数及顺序信息，识别突变发生顺序是否存在时间间隔规律性，并追踪编号对应的突变幅值数据变化趋势，标记呈现连续递增变化的编号并统一编码，获取声源编号识别序列。

24、作为本发明的进一步方案，所述系统还包括：

25、标定结果确认模块基于所述声源编号识别序列，提取识别编号所对应的光纤采样通道，并对声压原始记录进行分段检查，同步托辊结构编号进行标定信息整合，生成故障实时音频监测与定标结果；

26、所述故障实时音频监测与定标结果包括托辊故障类型、对应光纤通道编号、声压异常区段信息。

27、作为本发明的进一步方案，所述标定结果确认模块包括：

28、通道定位子模块基于所述声源编号识别序列，逐个提取识别编号对应的光纤采样通道与结构序号，依编号编码结构划分前缀为通道标签，末尾序列为结构节点索引，建立编号与光纤通道之间的一一映射，获取通道定位映射结果；

29、声压检测子模块根据所述通道定位映射结果，提取每一编号对应通道的声压原始记录，截取突变时间点前后范围内的声压段数据，设置固定窗口长度提取数据段，并依编号对各通道数据进行归集管理，识别是否存在周期性变化或幅度跳变，所有分析信息结构化后按编号存入特征序列集，获取声压段变化标识集；

30、结构整合子模块基于所述声压段变化标识集中的编号与段内特征信息，按编号所对应的结构节点索引提取托辊结构编号，将声压特征变化段与结构编号进行组合绑定，形成托辊通道与声压变化的同步描述记录，按顺序整理形成结构化对照集，获取故障实时音频监测与定标结果。

31、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

32、本发明中，通过差值幅度与光纤损耗阈值之间的定量比较建立突变起始点标识，结合声压变化方向的时间窗序列匹配，提取由一致到相反变化的幅差异常组，对方向突变点执行频次统计与幅值连续性分析，筛定符合特征的声源编号并以其为索引建立识别序列，并同步考虑空间与时间关联性，实现对托辊声源的精准标定与异常行为的高效识别，有效提升对瞬态波动特征的响应能力，增强对实际托辊故障的定位精度与识别可靠性，保障声振信号分析中对微小变异的分辨与识别连贯性。