Акустическое зрение AcuVi

AcuVi - программно аппаратный комплекс состоящий из набора микрофонов, объединенных в микрофонную решетку, видеокамеры с высокой разрешающей способностью и вычислительного комплекса. АсuVi - прибор для быстрого и точного определения недостатков в работе механизмов, который позволяет реализовать предиктивный мониторинг неисправности механизмов путем обнаружения аномальных источников акустического излучения и аномалий в акустическом отпечатке механизма. AcuVi реализован на базе микрофонной решетки и предназначен для анализа шумов различного оборудования на предмет возникновения внештатных шумов и установления причин их возникновения. Область применения AcuVi весьма широкая, данный метод подходит для анализа работы следующего оборудования: насосное оборудование различного применения; двигателей внутреннего сгорания; электродвигатели различного номинала мощности; электротрансформаторы; подшипниковые узлы; др. Помимо анализа работы механизмов AcuVi можно использовать и в других областях, вот некоторые примеры: 1. Определение источников шумов в салонах транспортных средств: поездов, самолетов, круизных кораблей, автомобилей и т.д. Результат - устранение раздражающих звуков, определение вариантов наилучшей звукоизоляции, создание более комфортных условий для пассажиров и эксплуатирующего персонала. 2. Поиск и локализация утечек в линиях высокого давления, газопроводах, линиях подачи технических газов на производствах. Результат - оптимизация процесса поиска утечек и минимизация потерь. 3. Контроль за экологической обстановкой в строительных зонах. Результат – соблюдение санитарных, противопожарных, экологических норм на строительных площадках. 4. Дистанционный контроль за популяциями птиц и животных. Селекция и анализ звуков отдельных особей в звуковых ансамблях. Результат – повышение эффективности исследований орнитологов, биологов и т.д. AcuVi состоит из аппаратной и программной части. Принципиальная схема аппаратной части представлена на рисунке в приложении. В основе аппаратной части лежит матрица акустических сенсоров, микрофонов - микрофонная решетка. Характерный размер микрофонная решетки определяет разрешение в нижнем диапазоне частот. В нашем случае был выбран характерный линейный размер микрофонная решетки 20 см, он позволит работать с частотами от 500 Гц до 48 кГц. В конструкции микрофонной решетки используются MEMS-микрофоны с цифровыми выходами I2S ведущих производителей чувствительности микрофонов –26 dBFS. и отношением сигнал/шум 64 dB. Число микрофонов может варьироваться. настоящий момент мы используем 36 микрофонов, далее планируем использовать матрицы с числом микрофонов от 25 до 121, а также планируем провести опыты связанные с геометрией расположения микрофонов. Меньшее число микрофонов удешевляет конструкцию, а большее повышает отношение сигнал/шум всей акустической решетки. Другим немаловажным элементом аппаратной части является видеокамера высокого разрешения (не менее 1080p). Камера является покупным изделием, в настоящий момент используется камера logitech. Камера служит для получения видеоизображения, служащего подложкой для акустической картины. Совмещение акустического и видеоизображение повышает наглядность результатов работы прибора. В планах разработки - использование стереокамеры для улучшения позиционирования источников акустического излучения. Данные с микрофонов собираются в блоке сбора информации собственной разработки. Блок построен на основе ПЛИС. Схема имеет интерфейс Ethernet и usb 3.0 (2шт) для подключения к компьютеру. Синхронизация аудио сигналов обеспечивается за счет импульсов, генерируемых в блоке синхронизации. Данные из блока сбора информации поступают в блок предварительной обработки сигналов, где осуществляется операция корреляционной обработки. Результат корреляционной обработки и данные в исходном виде передаются далее в персональный компьютер для последующей обработки. Программная часть часть AcuVi реализована на персональном компьютере и состоит из блока обработки сигналов, блока предиктивной аналитики и пользовательского интерфейса. При обработке сигналов используются методы межзональной корреляции, когерентного сложения сигнала, фильтрации, Фурье и вейвлет-преобразования. В результате получается акустическое изображение в виде тепловой карты, совмещенное с видеоизображением, полученным посредствам видеокамеры. С данным изображением можно провести различные действия: фильтрация по частоте, исключение области из анализа (для детального изучения не основных источников звука). Прослушивание, выгрузка звука в точке (при когерентном сложении данных со всех микрофонов) и др. Для мониторинга и раннего предсказания необходимости технического обслуживания первоначально проводится сбор образцов акустического следа работы агрегата в нескольких точках, режимах работы агрегата и в переходных режимах работы агрегата. На базе собранных нормальных образцов происходит обучение нейронной сети на базе ансамбля из CNN autoencoder и dense autoencoder, выбор данной архитектуры продиктован необходимостью минимизировать расходы на обучение тк сбор данных и обучение модели проводится для каждого образца анализируемого агрегата ввиду уникальности акустического следа каждого образца агрегатов. Данная модель сохраняется и в дальнейшем используется при проведении текущего мониторинга. Результатом работы модели будет определение факта наличия аномалий в акустическом следе, полученном в ходе мониторинга, агрегата в целом и в отдельных его элементах. Пример работы устройства показан в видеоролике https://files.volginhome.ru/wl/?id=FKxe2C57ixY4gHzIacnWgRRZBD1CZbpa

Технологии акустических камер (Acoustic Camera)

Собран прототип позволяющий проверить основные физические принципы работы. Разработано и проверено на обучающих датасетах программное обеспечение позволяющее выявлять аномалии в работе механизмов.