《風扇異音檢測系統》是珠海市精實測控技術有限公司於2016年1月26日申請的專利，該專利的公布號為CN105588636A，授權公布日為2016年5月18日，發明人是劉力源、孫博、吳川輝、吳祖迥。
《風扇異音檢測系統》涉及風扇檢測技術領域，包括感測器模組、信號採集模組、數據處理系統和固定支架，感測器模組包括加速度感測器、聲音感測器和熱電轉換器；信號採集模組包括NI9234數據採集卡、以及NIcDAQ-9188XT乙太網機箱，該NI9234數據採集卡分別連線加速度感測器和聲音感測器，該NI9234數據採集卡還連線NIcDAQ-9188XT乙太網機箱；數據處理系統包括基於Labview的數據轉換及特徵提取模組和基於Matlab的數學建模分析系統模組，該基於Labview的數據轉換及特徵提取模組分別連線NIcDAQ-9188XT乙太網機箱和基於Matlab的數學建模分析系統模組。該發明集信號採集、分析與判斷為一體，減少人工因界限判斷不一致而帶來的誤判問題；自動化程度高，節省人工成本，有利於提高生產效率。
2020年7月14日，《風扇異音檢測系統》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
基本介紹
- 中文名：風扇異音檢測系統
- 申請人：珠海市精實測控技術有限公司
- 申請日：2016年1月26日
- 申請號：2016100506366
- 公布號：CN105588636A
- 公布日：2016年5月18日
- 發明人：劉力源、孫博、吳川輝、吳祖迥
- 地址：廣東省珠海市斗門區井岸鎮洋青街5號A棟辦公樓三樓A棟廠房一樓A區
- Int. Cl.：G01H17/00(2006.01)I
- 代理機構：北京精金石專利代理事務所
- 代理人：劉曄
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
從大型機械設備到電子設備，散熱風扇是設備正常運轉的保證。隨著電子產品的不斷發展，散熱風扇的噪音問題直接影響影響到人們的生活，也受到越來越多的關注。製造廠開始重視並嚴格到不允許有任何異音，所以對風扇異音檢測的要求變得十分迫切。2016年前風扇異音檢測幾乎都是通過培訓專門的檢驗員來對下線之前的風扇進行聽音甄別，並以此來判斷風扇的優、次。且長期以來都難以由自動化裝置來進行替代，耗費了大量人工勞動成本，而且由於人的重複單調勞動判斷使得工人疲勞、主觀判斷失準，經常出現漏判、誤判和錯判的情況，異音檢測很難達到有效控制，導致殘次品流入市場，對公司造成影響。
中國專利申請CN201410428701.5公開了一種風扇異音共振測量設備，包括有底座、風扇固定座、共振件、共振件固定座以及振動信號拾取分析裝置，風扇固定座與共振件固定座分別安裝於底座上；該風扇固定座上具有一用於嵌置風扇的嵌置槽，風扇出風口朝上嵌置於該嵌置槽中；該共振件下端傾斜固定於共振件固定座上，共振件上端斜向伸展於風扇出風口上方；該振動信號拾取分析裝置與共振件相連線，該振動信號拾取分析裝置包括加速度感測器和與之連線用以分析及顯示振動信號的分析儀。該專利申請通過檢測經風扇振動引起共振的共振件來檢測風扇異音，間接檢測容易引起誤差，從而影響檢測結果的可靠性。
中國專利申請CN201220114427.0公開了一種中小型橋樑運營期的安全預警裝置，包括NICompactRIO機箱，該NICompactRIO機箱中安裝有NICompactRIO嵌入式控制器、NI9237數據採集卡、NI9203數據採集卡和NI9234數據採集卡，所述NI9237數據採集卡、NI9203數據採集卡和NI9234數據採集卡分別與NICompactRIO嵌入式控制器連線，所述NI9237數據採集卡上連線有應變計，所述NI9203數據採集卡上連線有壓力變送器，所述NI9234數據採集卡上連線有加速度感測器。NICompactRIO機箱是美國國家儀器公司生產的數據採集平台，與其連線的多種數據採集板卡可用於各種模擬、數位訊號的採集，所有數據採集板卡均支持熱插拔，使用方便可靠性高。這樣高精度的NI數據採集系統還沒有被套用於風扇異音的檢測過程中。
風扇在使用過程中的發熱情況也應當被列入檢測範圍中，其在一定程度上反映了風扇組件是否存在工作異常的情況，然而檢測時間一般較短，在檢測過程中難以將風扇的發熱情況反映出來。
另外，在風扇異音的檢測中，往往需要將感應部件連線至待測風扇上，而待測風扇大多沒有便於安裝感應部件的設定，對檢測造成困難；同時需要將待測風扇與某些檢測部件進行連線，而不同風扇的穩固性不同，若風扇放置不穩也將對檢測造成影響，甚至導致檢測誤差。
發明內容
專利目的
針對2016年1月之前的技術的不足，《風扇異音檢測系統》的目的旨在提供一種測試過程更加穩定及自動化程度高、測試結果更加精準可靠的風扇異音檢測系統。
技術方案
《風扇異音檢測系統》採用如下技術方案：
風扇異音檢測方法，包含以下步驟：
S1、感應並識別待測風扇因振動產生的加速度信號和待測風扇的聲音信號；
S2、採集待測風扇的加速度信號和聲音信號；
S3、通過將待測風扇的加速度信號與聲音信號進行頻域轉換和時域轉換提取出待測風扇的特徵數據；
S4、對待測風扇的預期數據進行建模，並將待測風扇的特徵數據於預期數據進行對比；
S5、根據特徵數據與預期數據間是否存在差異以及差異的大小對待測風扇進行分類。
進一步地，上述風扇異音檢測方法中步驟S1還包括通過將待測風扇產生的熱能轉換成電信號從而獲得待測風扇的熱能信號，步驟S2還包括採集該熱能信號，步驟S3還包括通過將待測風扇的熱能信號進行頻域轉換和時域轉換，步驟S3、S4、S5中的特徵數據還包括通過將待測風扇的熱能信號進行頻域轉換和時域轉換提取出來的特徵數據。
風扇異音檢測系統，包括：
感測器模組，包括加速度感測器和聲音感測器，該加速度感測器用於識別及傳輸待測風扇因振動產生的加速度信號，該聲音感測器用於識別及傳輸待測風扇的聲音信號；
信號採集模組，該信號採集模組包括用於採集加速度信號及聲音信號的NI9234數據採集卡、以及用於實現多通道信號測量的NIcDAQ-9188XT乙太網機箱，該NI9234數據採集卡分別連線加速度感測器和聲音感測器，該NI9234數據採集卡還連線NIcDAQ-9188XT乙太網機箱；
設定於計算機內的數據處理系統，該數據處理系統包括基於Labview的數據轉換及特徵提取模組和基於Matlab的數學建模分析系統模組，該基於Labview的數據轉換及特徵提取模組分別連線NIcDAQ-9188XT乙太網機箱和基於Matlab的數學建模分析系統模組，該基於Labview的數據轉換及特徵提取模組用於接收來自信號採集模組的加速度信號及聲音信號、並通過對採集的信號進行時域及頻域的變換進行特徵提取；該基於Matlab的數學建模分析系統模組對待測風扇的預期數據進行建模並將來自基於Labview的數據轉換及特徵提取模組的特徵數據與預期數據進行對比，根據該特徵數據與預期數據間是否存在差異以及差異的大小對待測風扇進行分類。
進一步地，感測器模組還包括熱電轉換器，該熱電轉換器用於將待測風扇產生的熱能轉換為電信號從而獲得待測風扇的熱能信號，該熱電轉換器連線NI9234數據採集卡。
優選地，熱電轉換器包含經導電金屬片串聯而成的至少兩條長條狀熱電厚膜，該熱電厚膜以碲化銻粉末為熱電導電顆粒、以乙基纖維素為粘結劑、以松油醇為溶劑製備而成，碲化銻粉末與乙基纖維素的質量比範圍為172:1至175:1，將按照該質量比稱量好的碲化銻粉末分散入乙基纖維素的松油醇溶液中製成漿料，再用絲網印刷或旋塗的方式將該漿料製成條狀厚膜，條狀厚膜成型後經冷等靜壓提高其緻密度。
優選地，選用的碲化銻粉末的細度為200目。
優選地，冷等靜壓的壓強為8兆帕。
優選地，該發明提供的風扇異音檢測系統還包括用於固定待測風扇的固定支架，該固定支架包括一固定座、設定於固定座上的立柱、以及連線於立柱上的夾具，該夾具包括注塑為一體的安裝部與夾取部，該安裝部以可活動的方式穿過立柱，該安裝部上穿插有一與安裝部螺旋配合的螺桿，該螺桿位於安裝部內的一端形成一用於頂壓立柱以固定夾具位置的頂壓部，用於連線待測風扇的夾取部內側設定有柔性夾板。
優選地，夾取部外側上設定有用於設定聲音感測器和加速度感測器的安裝孔。
優選地，立柱上設定有表示立柱高度的刻度。
有益效果
《風扇異音檢測系統》的有益效果在於：
（1）集信號採集、分析與判斷為一體，減少人工因界限判斷不一致而帶來的誤判問題；
（2）測試更加穩定、快捷和方便，自動化程度高，節省人工成本，有利於提高生產效率；
（3）依據NI的高精度採集模組，大大提高了檢測的準確度和檢測結果的可靠度；
（4）條狀熱電厚膜相串聯形成的熱電轉換器能高效率地將待測風扇的發熱情況轉換為電信號進行檢測，克服了檢測時間短難以反映出待測風扇發熱情況的難題；
（5）熱電厚膜由碲化銻熱電材料、乙基纖維素和松油醇製備而成，其中碲化銻是繼碲化鉍之後新興的熱電材料，具備良好的熱電性能，乙基纖維素具有粘合、填充、成膜等作用，其不溶於水並且熱穩定性好，一定程度上保障了熱電轉換器的穩定性；
（6）乙基纖維素與松油醇相對於製造熱電厚膜的其他常規材料而言價格更為低廉，並且性能上佳，毒性微小，有利於保障人體健康的同時有助於降低生產成本；
（7）熱電導電顆粒碲化銻粉末與作為粘合劑的乙基纖維素之間的質量比增大至172:1至175:1，在保證厚膜能成型的前提下極大地降低了粘合劑在熱電厚膜中所占的體積比，或者說極大地增加了熱電導電顆粒在熱電厚膜中所占的體積比，從而提高了熱電厚膜的熱電性能；
（8）發明人使用該發明所提供的熱電厚膜製備方法製備得的碲化銻熱電厚膜的功率因子達到0.27mW/m·K，參考2011年發表在英國皇家物理學會的期刊平台IOPSCIENCE上的論文《Dispenser-printedplanarthick-filmthermoelectricenergygenerators》（印刷法制二維熱電厚膜能源發電機），該論文以碲化銻為熱電導電顆粒、以環氧樹脂為粘結劑，製備出來的碲化銻熱電厚膜的功率因子為0.16mW/m·K，該發明提供的碲化銻熱電厚膜製備方法提高了碲化銻熱電厚膜的熱電轉換效率，套用於風扇檢測中更有利於檢測待測風扇的發熱情況；
（9）使用固定支架對待測風扇進行固定，更加便於檢測；
（10）夾具的夾取部內側設定有柔性夾板，增強了夾具與待測風扇貼合的緊密程度，使夾具與待測風扇處於同樣的振動頻率上，避免因增加夾具影響異音檢測；
（11）夾具的夾取部外側上設定有安裝孔，便於對聲音感測器和加速度感測器進行安裝，克服了感測器難以貼近待測風扇的難題；
（12）用於夾取待測風扇的夾具通過可活動的形式連線於立柱上，可根據實際需要調節夾具的高度；
（13）立柱上設定有刻度，有利於夾具高度的精確調整，從而有利於檢測質量的提高；
（14）同時使用兩個相對放置的固定支架夾取待測風扇，使待測風扇懸空進行異音檢測，可排除因待測風扇放置不穩固所產生的異音。
附圖說明
圖1是《風扇異音檢測系統》風扇異音檢測系統的結構框圖。
圖2是該發明風扇異音檢測方法的流程框圖。
圖3是該發明中熱電轉換器的結構示意圖。
附圖示記：1、熱電厚膜；2、導電金屬片。
技術領域
《風扇異音檢測系統》涉及風扇檢測技術領域，具體涉及一種風扇異音檢測系統。
權利要求
1.風扇異音檢測方法，其特徵在於，包含以下步驟： S1、感應並識別待測風扇因振動產生的加速度信號和待測風扇的聲音信號； S2、採集待測風扇的加速度信號和聲音信號； S3、通過將待測風扇的加速度信號與聲音信號進行頻域轉換和時域轉換提取出待測風扇的特徵數據； S4、對待測風扇的預期數據進行建模，並將待測風扇的特徵數據於預期數據進行對比； S5、根據特徵數據與預期數據間是否存在差異以及差異的大小對待測風扇進行分類。
2.如權利要求1所述的風扇異音檢測方法，其特徵在於，步驟S1還包括通過將待測風扇產生的熱能轉換為電信號從而獲得待測風扇的熱能信號，步驟S2還包括採集該熱能信號，步驟S3還包括通過將待測風扇的熱能信號進行頻域轉換和時域轉換，步驟S3、S4、S5中的特徵數據還包括通過將待測風扇的熱能信號進行頻域轉換和時域轉換提取出來的特徵數據。
3.風扇異音檢測系統，其特徵在於，包括： 感測器模組，包括加速度感測器和聲音感測器，該加速度感測器用於識別及傳輸待測風扇因振動產生的加速度信號，該聲音感測器用於識別及傳輸待測風扇的聲音信號； 信號採集模組，該信號採集模組包括用於採集加速度信號及聲音信號的NI9234數據採集卡、以及用於實現多通道信號測量的NIcDAQ-9188XT乙太網機箱，該NI9234數據採集卡分別連線加速度感測器和聲音感測器，該NI9234數據採集卡連線NIcDAQ-9188XT乙太網機箱； 設定於計算機內的數據處理系統，該數據處理系統包括基於Labview的數據轉換及特徵提取模組和基於Matlab的數學建模分析系統模組，該基於Labview的數據轉換及特徵提取模組分別連線NIcDAQ-9188XT乙太網機箱和基於Matlab的數學建模分析系統模組，該基於Labview的數據轉換及特徵提取模組用於接收來自信號採集模組的加速度信號及聲音信號、並通過對來自信號採集模組的信號進行時域及頻域的變換進行特徵提取；該基於Matlab的數學建模分析系統模組對待測風扇的預期數據進行建模、並將來自基於Labview的數據轉換及特徵提取模組的特徵數據與預期數據進行對比，根據該特徵數據與預期數據間是否存在差異以及差異的大小對待測風扇進行分類。
4.如權利要求3所述的風扇異音檢測系統，其特徵在於，感測器模組還包括熱電轉換器，該熱電轉換器用於將待測風扇產生的熱能轉換為電信號從而獲得待測風扇的熱能信號，該熱電轉換器連線NI9234數據採集卡。
5.如權利要求4所述的風扇異音檢測系統，其特徵在於，該熱電轉換器包含經導電金屬片串聯而成的至少兩條條狀熱電厚膜，該熱電厚膜以碲化銻粉末為熱電導電顆粒、以乙基纖維素為粘結劑、以松油醇為溶劑製備而成，碲化銻粉末與乙基纖維素的質量比範圍為172:1至175:1，將按照該質量比稱量好的碲化銻粉末分散入乙基纖維素的松油醇溶液中製成漿料，再用絲網印刷或旋塗的方式將該漿料製成條狀厚膜，條狀厚膜成型後經冷等靜壓提高其緻密度。
6.如權利要求5所述的風扇異音檢測系統，其特徵在於，該碲化銻粉末的細度為200目。
7.如權利要求5或6所述的風扇異音檢測系統，其特徵在於，冷等靜壓的壓強為8兆帕。
8.如權利要求3所述的風扇異音檢測系統，其特徵在於，還包括兩個相對放置的固定支架，該固定支架用於固定待測風扇，該固定支架包括一固定座、設定於固定座上的立柱、以及連線於立柱上的夾具，該夾具包括注塑為一體的安裝部與夾取部，該安裝部以可活動的方式穿過立柱，該安裝部上穿插有一與安裝部螺旋配合的螺桿，該螺桿位於安裝部內的一端形成一用於頂壓立柱以固定夾具位置的頂壓部，用於連線待測風扇的夾取部內側設定有柔性夾板。
9.如權利要求8所述的風扇異音檢測系統，其特徵在於，夾取部外側上設定有安裝孔。
10.如權利要求8或9所述的風扇異音檢測系統，其特徵在於，立柱上設定有表示立柱高度的刻度。
實施方式
- 實施例1
如圖1所示，風扇異音檢測系統，包括感測器模組、信號採集模組、數據處理系統和固定支架，感測器模組包括加速度感測器、聲音感測器和熱電轉換器，該加速度感測器用於識別及傳輸待測風扇因振動產生的加速度信號，該聲音感測器用於識別及傳輸待測風扇的聲音信號，該熱電轉換器用於將待測風扇產生的熱量轉換為電信號從而獲得待測風扇的熱能信號；信號採集模組包括用於採集加速度信號、聲音信號及熱能信號的NI9234數據採集卡、以及用於實現多通道信號測量的NIcDAQ-9188XT乙太網機箱，該NI9234數據採集卡分別連線加速度感測器、聲音感測器和熱電轉換器，該NI9234數據採集卡還連線NIcDAQ-9188XT乙太網機箱；數據處理系統設定於計算機內，該數據處理系統包括基於Labview的數據轉換及特徵提取模組和基於Matlab的數學建模分析系統模組，該基於Labview的數據轉換及特徵提取模組分別連線NIcDAQ-9188XT乙太網機箱和基於Matlab的數學建模分析系統模組，該基於Labview的數據轉換及特徵提取模組用於接收來自信號採集模組的加速度信號、聲音信號及熱能信號、並通過對採集的信號進行時域及頻域的變換進行特徵提取；該基於Matlab的數學建模分析系統模組對待測風扇的預期數據進行建模並將來自基於Labview的數據轉換及特徵提取模組的特徵數據與預期數據進行對比，根據該特徵數據與預期數據間是否存在差異以及差異的大小對待測風扇進行分類；固定支架包括一固定座、設定於固定座上的立柱、以及連線於立柱上的夾具，該夾具包括注塑為一體的安裝部與夾取部，立柱上設定有表示立柱高度的刻度，該安裝部以可活動的方式穿過立柱，該安裝部上穿插有一與安裝部螺旋配合的螺桿，該螺桿位於安裝部內的一端形成一用於頂壓立柱以固定夾具位置的頂壓部，用於連線待測風扇的夾取部內側設定有柔性夾板，增強夾取部於待測風扇的貼合緊密度，夾取部外側上設定有用於設定聲音感測器和加速度感測器的安裝孔。
振動產生加速度，加速度感測器感應並傳輸加速度信息，該加速度信息經處理後可直觀地看出待測風扇的振動情況，若使用加速度感測器進行檢測，檢測到的數據為非線性曲線，不易觀察出待測風扇的振動情況。
- 實施例2
如圖2所示，《風扇異音檢測系統》風扇異音檢測系統使用時，包含以下檢測步驟：
S1、兩個相對放置的固定支架的夾取部將待測風扇夾持於兩固定支架之間，根據實際情況調整夾具在立柱上的位置；
S2、將聲音感測器和加速度感測器安裝於夾取部外側的安裝孔上，將熱電轉換器設定於待測風扇上；
S3、開啟待測風扇；
S4、加速度感測器識別並傳輸待測風扇因振動產生的加速度信號，聲音感測器識別及傳輸待測風扇的聲音信號，熱電轉換器通過將待測風扇產生的熱能轉換為電信號獲得待測風扇的熱能信號；
S5、NI9234數據採集卡採集來自加速度感測器的加速度信號、來自聲音感測器的聲音信號和來自熱電轉換器的熱能信號，並將該加速度信號、聲音信號和熱能信號通過NIcDAQ-9188XT乙太網機箱傳送至基於Labview的數據轉換及特徵提取模組；
S6、基於Labview的數據轉換及特徵提取模組通過對加速度信號、聲音信號和熱能信號進行時域轉換和頻域轉換提取出待測風扇的特徵數據，並將待測風扇的特徵數據傳送至基於Matlab的數學建模分析系統模組；
S7、基於Matlab的數學建模分析系統模組對待測風扇的預期數據進行建模並將待測風扇的特徵數據與預期數據進行對比；
S8、根據該特徵數據與預期數據間是否存在差異以及差異的大小對待測風扇進行分類。
- 實施例3
如圖3所示，《風扇異音檢測系統》使用的熱電轉換器包含經導電金屬片2串聯而成的至少兩條長條狀熱電厚膜1，該熱電厚膜1以200目的碲化銻粉末為熱電導電顆粒、以乙基纖維素為粘結劑、以松油醇為溶劑製備而成，碲化銻粉末與乙基纖維素的質量比範圍為172:1至175:1，將按照該質量比稱量好的碲化銻粉末分散入乙基纖維素的松油醇溶液中製成漿料，松油醇的量應剛好將乙基纖維素溶解，若過少將不足以溶解乙基纖維素，若過多將影響漿料的濃稠度、甚至最後的成膜質量，松油醇的量為經數次試驗後可獲得的經驗值，再用絲網印刷或旋塗的方式將該漿料製成條狀厚膜，該條狀厚膜經過熱處理將作為溶劑的松油醇揮發並冷卻至常溫後，經8兆帕冷等靜壓約十秒鐘提高其緻密度。
製得的碲化銻熱電厚膜的功率因子達0.27mW/m·K，根據德國科學家Altenkirch的理論，熱電轉換能力高的熱電材料應具備較高的Seebeck係數（塞貝克係數）､較高的電導率和較小的熱導率，其中Seebeck係數（塞貝克係數）和功率因子常用以評判熱電材料的熱電性能。
榮譽表彰
2020年7月14日，《風扇異音檢測系統》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
