Page 52 - 无损检测2021年第八期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202108004

基于高斯混合 隐马尔可夫模型的
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特种设备敲击检测

余焕伟 , 陈仙凤 , 朱先华 , 赵星波 , 杜锡勇 1
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( 1. 绍兴市特种设备检测院,绍兴 312000 ; 2. 嘉兴市南湖区社会福利保障指导中心, 嘉兴 314001 )

摘 要:通过设计金属构件的敲击检测试验, 研究分析了敲击信号的频谱特征, 并对利用语音
识别技术识别金属材料内部缺陷的可能性进行了验证。结果表明, 缺陷的存在会导致敲击信号的
频谱向低频段移动或频率主峰发生分裂, 利用敲击信号的 MFCC ( 梅尔频率倒谱系数) 特征参数构
建的 GMM-HMM ( 高斯混合 - 隐马尔可夫模型) 可有效识别出不同类别的缺陷试件, 但识别结果易受

到噪声影响; 经“ 二元信息融合+噪声泛化” 算法改进后的 GMM-HMM 在强烈噪声干扰下( 10dB 信
噪比) 仍具有较高的识别率, 且在敲击声信号融合权重为 0.6 时识别率达到最优( 99.3% )。
关键词:高斯混合 - 隐马尔可夫模型; 敲击检测; 噪声泛化; 特种设备

中图分类号: TG115.28 ; TB532 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 08-0014-07

Percussiondetectionofs p eciale q ui p mentbasedonGaussianmixture-hiddenMarkovmodel

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YUHuanwei , CHENXianfen g ZHUXianhua , ZHAOXin g bo , DUXi y on g 1
,

( 1.Shaoxin gS p ecialE q ui p mentTestin g Institute , Shaoxin g312000 , China ;

2.Jiaxin gNanhuGuidanceCenterforSocialWelfareSecurit y , Jiaxin g314001 , China )

Abstract : Inthisp a p er , anex p erimentofp ercussiondetectionwasdesi g nedandfeatureextractionmethodsof

p ercussionsi g nalswerestudied , andthenthe p ossibilit y ofusin g s p eechreco g nitiontechnolo gy toreco g nizeinternal

defectsinmetalmaterialswasverified.Theresultsshowthatdefectsa pp earedtocausethefre q uenc ys p ectrumof

thep ercussionsi g nalstomovetolowfre q uenc ybandortobes p litinmore p eaks.GMM-HMM ( Gaussianmixture-

hiddenMarkovmodel ) builtonMFCC ( Mel-scalefre q uenc yce p stralcoefficients ) p arametersofp ercussionsi g nals

couldidentif ydifferentt yp esofs p ecimenseffectivel ybutwereliabletobeaffectedb ynoise.Themodelim p roved

with “ binar yinformationfusion+ noise g eneralization ” has a hi g herreco g nition ratein the extreme noise

circumstance.Underthenoise ( 10dB SNR ) circumstance , thereco g nitionrateoftheim p roved GMM-HMM

reachedtheo p timalvalue99.3% withthesoundinformationfusionrateat0.6.

Ke y words : Gaussian mixture-hidden Markov model ; p ercussion detection ; noise g eneralization ; s p ecial
e q ui p ment
敲击检测属于声振无损检测方法的一种 [ 1 ] , 最 锤敲击锅炉进行宏观检验 [ 6 ] , 可以对金属材料的开
早用于车轮的完整性检测, 现应用范围逐渐扩大到 裂、 劣化、 腐蚀、 结垢等进行初步判断。
陶瓷 [ 2 ] 、 航天复合材料 [ 3 ] 、 蠕墨铸铁件 [ 4 ] 、 风力机叶 降低敲击检测主观性的传统方法是利用传感器
片 [ 5 ] 检测等领域。在特种设备检测中也常使用检验 记录下敲击对象声振的幅值频率等信息, 通过对敲击
信号时频域特征参量的研究来判断被检对象的缺陷
或故障状况 , 再结合具体模型进行故障诊断 。
收稿日期: 2021-02-08 [ 7-8 ] [ 9-10 ]
基金项目: 浙江省市场监督管理局科技项目( 20210156 )
上述方法主要从声振检测理论出发, 比较依赖信号处
作者简介: 余焕伟( 1983- ), 男, 博士, 高级工程师, 主要研究方
理技巧和专家的知识经验, 在实际应用中有一定的局
向为特种设备无损检测和智能化检测
通信作者: 余焕伟, y hw _ sxt j @163.com 限性。文章将在对敲击信号频域特征分析的基础上,
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2021 年 第 43 卷 第 8 期

无损检测