WO2009037077A2

WO2009037077A2 - Sensor device and monitoring system for noises

Info

Publication number: WO2009037077A2
Application number: PCT/EP2008/061223
Authority: WO
Inventors: Joachim Hofer; Harald Höge; Lutz Leutelt
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2009-03-26
Also published as: WO2009037077A3

Abstract

The invention relates to a sensor device (1) for detecting noises (G), having a control device (2) that generates classification signals (KS) as a function of noise signals detected, and an interface device (3), wherein the control device (2) is configured such that, in a first operating mode of the sensor device (1), a noise recognition process is carried out and a training process for the noise recognition process occurs in a second operating mode, and wherein the interface device (3) is suitable for transmitting the classification signals (KS) to an analysis device (4) as monitoring signals (MSS).

Description

Beschreibungdescription

Sensoreinrichtung und Überwachungssystem für GeräuscheSensor device and monitoring system for noise

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zum Erkennen und/oder zum Klassifizieren von Geräuschen, wie sie zum Beispiel bei Fertigungsprozessen, Verkehrsflüssen oder Industrieanlagen auftreten. Ferner betrifft die Erfindung eine Überwachungsvorrichtung, die als Überwachungssystem insbeson- dere zum Überwachen von Industrieanlagen geeignet ist.The invention relates to a sensor device for detecting and / or classifying noises, as occur, for example, in manufacturing processes, traffic flows or industrial installations. Furthermore, the invention relates to a monitoring device which is suitable as a monitoring system, in particular for monitoring industrial installations.

Es ist häufig erforderlich bei industriellen oder Anlagenprozessen, wie zum Beispiel bei Fertigungsverfahren, Verkehrsflüssen, Maschinen oder Industrieanlagen Informationen über den jeweiligen Zustand zu erhalten. Es ist beispielsweise wichtig, normale Betriebszustände von Wartungs- oder Fehlerzuständen zu unterscheiden und zu erfassen. Diese Prozesszu- stände können insbesondere bei großtechnischen Anlagen oder auch räumlich kompakten Anordnungen nur schwer zugänglich sein. Beispielsweise kann aufgrund von Temperatur oder besonderen räumlichen Gegebenheiten auch nicht die direkte Umgebung einer Anlage oder Maschine betrachtet werden.It is often necessary to obtain information about the condition in industrial or plant processes, such as manufacturing processes, traffic flows, machinery or industrial facilities. For example, it is important to distinguish and detect normal operating conditions from maintenance or fault conditions. These process states can be difficult to access, especially in large-scale installations or even spatially compact arrangements. For example, due to temperature or special spatial conditions, the direct environment of a plant or machine can not be considered.

Eine Möglichkeit besteht darin, die akustischen Signale als Geräusche, welche bei dem jeweiligen Prozess oder Verfahren durch die Anlagen entstehen, zu erfassen und auf einen Pro- zesszustand abzubilden bzw. zu klassifizieren. Durch eine entsprechende Geräuschanalyse lassen sich aus den akustischen Abstrahlungen Rückschlüsse auf die jeweiligen Prozesszustände erhalten, so dass gegebenenfalls Regelungen oder Steuerungen eingreifen können.One possibility is to record the acoustic signals as noises, which arise during the respective process or process through the installations, and to map them to a process state or to classify them. By means of a corresponding noise analysis, it is possible to obtain conclusions about the respective process states from the acoustic emissions so that, if appropriate, control systems or regulations can intervene.

In der Vergangenheit wurden daher sehr spezielle dezidierte Sensoren für einzelne Anlagenteile oder spezielle Gegebenhei- ten entwickelt. Es sind zum Beispiel spezialisierte Sensoren bekannt, die aufgrund der durch Rohrleitungen fließenden Fluide und die durch den Fluss entstehenden Geräusche und Vibrationen erlauben, zum Beispiel auf die Flussgeschwindigkeit zurückzuschließen. Es wurden auch akustische Sensoren entwickelt, die durch Messung von Körperschall an Förderventilen von oszillierenden Pumpen Leckagen detektieren. Ungünstig bei den bekannten Vorgehensweisen ist insbesondere, dass stets individuelle akustische Sensoren entwickelt werden müssen, so dass zum Beispiel bei der Integration von verschiedenen Akustiksensoren, die auf unterschiedliche Geräusche ansprechen, aufwendige Abgleiche erforderlich sind.In the past, therefore, very specific dedicated sensors were developed for individual plant components or special conditions. For example, specialized sensors are known that allow fluid flow through pipelines and the noise and vibration generated by the flow, such as flow velocity zurückzuschließen. Acoustic sensors have also been developed which detect leaks by measuring structure-borne noise on delivery valves of oscillating pumps. Unfavorable in the known procedures is in particular that always individual acoustic sensors must be developed, so that, for example, in the integration of different acoustic sensors that respond to different sounds, complex adjustments are required.

Einige Sensoren setzen zum Beispiel eine physikalische Modellierung des jeweiligen Prozesses ein, wodurch aus diesem physikalischen Modell für den jeweiligen Prozess, wie beispielsweise ein Fluidfluss, Geräusche von unterschiedlichen Pro- zesszuständen ermittelt wurden. Durch Vergleich einer tat- sächlichen Aufnahme der akustischen Geräusche mit den Modellberechnungen muss dann eine Klassifizierung, beispielsweise eine Fehlererkennung, erfolgen. Insgesamt ist diese Vorgehensweise sehr zeit- und rechenaufwendig und schwierig auf andere Prozesse zu übertragen, weil jeweils die physikali- sehen Modelle neu entwickelt oder angepasst werden müssen.For example, some sensors use a physical modeling of the respective process, whereby noises of different process states were determined from this physical model for the respective process, such as a fluid flow. By comparing an actual recording of the acoustic noises with the model calculations, a classification, for example an error detection, must then take place. Overall, this approach is very time-consuming and computationally complex and difficult to transfer to other processes, because in each case the physical models have to be newly developed or adapted.

Es ist daher wünschenswert, universeller einsetzbare Vorrichtungen zur Überwachung von Prozesszuständen mittels akustischer Signale zu schaffen. Somit besteht die Aufgabe der vor- liegenden Erfindung darin, eine verbesserte Sensoreinrichtung bereitzustellen.It is therefore desirable to provide more universally applicable devices for monitoring process conditions by means of acoustic signals. Thus, the object of the present invention is to provide an improved sensor device.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensoreinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by a sensor device according to claim 1.

Demgemäß weist eine Sensoreinrichtung zum Erkennen von Geräuschen zumindest eine Steuereinrichtung und eine Schnittstelleneinrichtung auf. Die Steuereinrichtung erzeugt in Abhängigkeit von erfassten Geräuschsignalen Klassifizierungssigna- Ie, und die Schnittstelleneinrichtung ist geeignet, die Klassifizierungssignale als Überwachungssignale an eine Auswerteeinrichtung zu übertragen. Die Steuereinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass in einem ersten Betriebsmodus der Sensoreinrichtung ein Geräuscherkennungsverfahren durchgeführt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus ein Trainingsverfahren für das Geräuscherkennungsverfahren erfolgt.Accordingly, a sensor device for detecting noises comprises at least one control device and an interface device. The control device generates classification signals as a function of detected noise signals, and the interface device is suitable for transmitting the classification signals as monitoring signals to an evaluation device. The control device is designed such that in a first operating mode of the Sensor device, a noise detection method is performed, and in a second mode of operation a training method for the sound detection method is carried out.

Es ist damit möglich, die Sensoreinrichtung flexibel und universell in unterschiedlichen Anwendungsfällen einzusetzen. Der Vorteil ergibt sich insbesondere dadurch, dass beim Trainingsverfahren, welches dem eigentlichen Betrieb vorausgehen kann, einfach das interne Geräuscherkennungsverfahren gemäß allgemein bekannter Algorithmen angepasst wird. Für den Anwender stellt sich lediglich die Aufgabe, einfach bevor die Sensoreinrichtung in den ersten Betriebsmodus versetzt wird, die auftretenden, im Prozess vorliegenden Geräusche, zu erfassen und im Trainingsmodus zum Beispiel händisch zu klassi- fizieren.It is thus possible to use the sensor device flexibly and universally in different applications. The advantage results in particular from the fact that in the training method, which can precede the actual operation, simply the internal noise detection method is adapted according to generally known algorithms. For the user, the only task is simply to record the occurring noises present in the process, and to classify them manually in training mode, for example, just before the sensor device is put into the first operating mode.

Vorzugsweise erfolgt in dem zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit von den erfassten Geräuschsignalen eine automatische Anpassung von Parametern des Geräuscherkennungsverfahrens.In the second operating mode, automatic adaptation of parameters of the noise detection method preferably takes place as a function of the detected noise signals.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung ein analoges Frontend zum Erfassen akustischer Geräuschsignale und Bereitstellen digitaler, an die Steuereinrichtung gekoppelter Geräuschsignale auf. Das Frontend kann zum Bei- spiel ein Mikrophon oder anderen Schallwandler, wie einenIn a preferred embodiment, the sensor device has an analog front end for detecting acoustic noise signals and providing digital noise signals coupled to the control device. For example, the front-end can be a microphone or other sound transducer, such as a microphone

Körperschallaufnehmer, einen Analog-Digital-Wandler und/oder eine Verstärkereinrichtung aufweisen. Das Mikrophon kann dabei auch für den Menschen nicht hörbare Schallsignale wie Infra- oder Ultraschall aufnehmen, die von einem Analog- Digital-Wandler digitalisiert werden und gegebenenfalls zuvor geeignet verstärkt oder entzerrt wurden.Structure-borne sound pickup, have an analog-to-digital converter and / or an amplifier device. The microphone can also record sound signals that are inaudible to humans, such as infra-or ultrasound, which are digitized by an analog-to-digital converter and, if appropriate, previously suitably amplified or equalized.

Die Steuereinrichtung umfasst vorzugsweise eine Merkmalextraktionseinheit, welche Geräuschmerkmale aus den digitalen Geräuschsignalen ermittelt. Dies können zum Beispiel psycho- akustische Koeffizienten wie MFC-Koeffizienten sein, die auch bei der Spracherkennung verwendet werden. Anhand der Merkmale kann in einer Klassifikationseinheit, die derart implemen- tiert werden kann, das übliche Geräuscherkennungsverfahren angewendet werden, eine Klassifizierung der erfassten Geräusche vorgenommen werden. Als zu implementierende Geräuscherkennungsverfahren sind vielfältige Verfahren bekannt. Bei- spielsweise kann ein der Spracherkennung ähnliches Hidden-The control device preferably comprises a feature extraction unit which determines noise characteristics from the digital noise signals. These may be, for example, psycho-acoustic coefficients, such as MFC coefficients, which are also used in speech recognition. On the basis of the characteristics, in a classification unit which implements such can be performed, the usual noise detection method are applied, a classification of the detected sounds are made. As the noise detection method to be implemented, various methods are known. For example, a similar kind of

Markov-Modell oder neuronale Netze eingesetzt werden. Es sind jedoch auch weitere proprietäre Geräuscherkennungsverfahren bekannt, die rechenaufwandsgünstig arbeiten.Markov model or neural networks are used. However, there are also other proprietary sound detection methods known that work computationally well.

Vorzugsweise werden in einer Protokollierungseinheit diePreferably, in a logging unit the

Klassifizierungen der Klassifikationseinheit abgespeichert. Insbesondere ist dabei denkbar, dass die Steuereinrichtung als programmierbarer Mikrocontroller ausgestaltet ist und die Klassifikationseinheit, die Merkmalextraktionseinheit und/oder die Protokollierungseinheit als Teile eines Steuerprogramms für die Steuereinrichtung implementiert sind.Classifications of the classification unit stored. In particular, it is conceivable that the control device is designed as a programmable microcontroller and the classification unit, the feature extraction unit and / or the logging unit are implemented as parts of a control program for the control device.

Insbesondere wird die Sensoreinrichtung in einer besonders bevorzugten Ausführungsform als Embedded System ausgeführt. Durch Embedded Systems sind kleine handliche und auch als mobile Einrichtungen denkbare Sensoreinrichtungen möglich, wodurch der Einsatz flexibel möglich ist. Durch die beiden Betriebsmodi ist es auch einfach möglich, die konkrete Anwendung für die Sensoreinrichtung zu ändern, wobei lediglich ein erneutes Trainieren mit den neuen zu klassifizierenden Geräuschen notwendig ist. Vorzugsweise wird die Sensoreinrichtung daher mit der Steuereinrichtung, dem Frontend und der Schnittstelleneinrichtung in einem kleinen handlichen Gehäuse integriert .In particular, in a particularly preferred embodiment, the sensor device is designed as an embedded system. Embedded systems make small, handy sensor devices that are also conceivable as mobile devices possible, so that their use is flexible. Due to the two operating modes, it is also easily possible to change the specific application for the sensor device, with only a new training with the new sounds to be classified is necessary. Preferably, the sensor device is therefore integrated with the control device, the front end and the interface device in a small handy housing.

Ferner schafft die Erfindung eine Überwachungsvorrichtung, mit mehreren vorbeschriebenen Sensoreinrichtungen und einer über einen Kommunikationskanal mittels Schnittstelleneinrichtungen der Sensoreinrichtung angekoppelte Überwachungsein- richtung.Furthermore, the invention provides a monitoring device with a plurality of above-described sensor devices and a monitoring device coupled via a communication channel by means of interface devices of the sensor device.

Dieses Überwachungssystem mit beispielsweise einer zentralen Überwachungseinrichtung oder auch Leitstelle ermöglicht dann ferner eine Regelung oder Steuerung der zu überwachenden und akustische Signale emittierenden Einrichtungen. Zum Beispiel kann für den Kommunikationskanal jeweils ein Drahtlosübertra- gungsprotokoll verwendet werden.This monitoring system with, for example, a central monitoring device or control center then allows Furthermore, a control or regulation of the monitored and acoustic signals emitting devices. For example, a wireless transmission protocol can be used for the communication channel.

Insofern schafft eine entsprechende Überwachungsvorrichtung oder ein Überwachungssystem auf Basis der standardisierten Sensoreinrichtungen eine Plattform zum Einsatz in mannigfaltigen Überwachungssituationen.In this respect, a corresponding monitoring device or a monitoring system based on the standardized sensor devices creates a platform for use in various monitoring situations.

Insbesondere werden durch die Erfindung Überwachungssysteme für die im Folgenden beispielhaft genannten Anwendungen geschaffen. Im Sicherheitsbereich eine Einbruch-Detektierung, wie beispielsweise das Anbohren eines Safes oder einer Pipe- line, das Erfassen von zerbrechenden Glasscheiben, Schritten in abgeschlossenen Räumen, das Durchschneiden von Drahtzäunen, scheppernden Geräuschen an Jalousien oder das Bellen eines Wachhundes.In particular, the invention provides monitoring systems for the applications exemplified below. In the security area, burglar detection, such as drilling into a safe or pipeline, picking up broken glass panes, steps in locked rooms, cutting wire fences, jingling noises on blinds, or barking a guard dog.

Eine Personenüberwachung durch auftretende Schritte in zum Beispiel einer Bank, das Nachvollziehen von Gesprächen, Erfassen von Schüssen oder Hilferufen. Ferner ist eine Unfall- detektion, beispielsweise in Tunneln oder an Straßenkreuzungen, das Erkennen von Vandalismus, wie beispielsweise Zerstö- rungsgeräusche, lautes Schreien oder Störungen der Nachtruhe, denkbar. Bei der Überwachung von Prozessen auf Basis akustischer Signale können Materialmengen, wie beispielsweise ein Gasfluss durch Pipelines, die Größe und Anzahl von Schüttgutpartikeln, die Menge von entstehenden Schaummaterialien oder Flüssigkeiten erkannt werden. In chemischen oder physikalischen Prozessen lässt sich Kavitation erkennen, Malwerke durch unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten und damit einhergehende Geräusche erkennen und regeln.A person monitoring by occurring steps in for example a bank, the comprehension of conversations, recording of shots or cries for help. Furthermore, an accident detection, for example in tunnels or at road intersections, the detection of vandalism, such as destruction noise, loud cries or disturbances of sleep, conceivable. When monitoring processes based on acoustic signals, material quantities, such as gas flow through pipelines, the size and number of bulk particles, the amount of foaming material or liquids that are generated, can be detected. In chemical or physical processes, cavitation can be detected, and malware can be detected and regulated by means of different rotational speeds and associated noises.

Motorgeräusche, wie beispielsweise bei Ventilatoren oder das Auftreten von Resonanzen können erkannt werden. Die Geräuschüberwachungsvorrichtung bietet die Möglichkeit, Verkehrsflüsse, wie zum Beispiel die Menge, die Geschwindigkeit, Anzahl und den Typ von Fahrzeugen auf Straßen oder Tunneln zu überwachen, Flugzeuge auf Flughäfen zu klassifizieren oder Schienenfahrzeuge zu erkennen. Es ist auch möglich, die von verschiedenen Tieren imitierten Geräusche zu überwachen und zu klassifizieren, um entsprechende Steuer- oder Regelmaßnahmen einzuleiten .Engine noises, such as with fans or the occurrence of resonances can be detected. The noise monitoring device offers the possibility of traffic flows, such as quantity, speed, number and monitor the type of vehicles on roads or tunnels, classify aircraft at airports or detect rolling stock. It is also possible to monitor and classify the sounds imitated by different animals in order to initiate appropriate control or regulatory measures.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschrie- benen Ausführungsbeispiele. Im Weiteren wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigt dabei:Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims and the embodiments described below. Furthermore, the invention will be explained in more detail with reference to preferred embodiments with reference to the figures. It shows:

Figur 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer Sensor- einrichtung, und1 shows a block diagram of an embodiment of a sensor device, and

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Überwachungssystems .Figure 2 is a schematic representation of a monitoring system.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In the figures, identical or functionally identical elements have been given the same reference numerals.

Die Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm einer Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung 1 dient dazu Geräusche G, die von einer Geräuschquelle 9, die beispielsweise von einer technischenFIG. 1 shows a block diagram of a sensor device. The sensor device 1 is used to noise G from a noise source 9, for example, a technical

Einrichtung in einer Anlage erzeugt wurden, zu klassifizieren und diese Klassifizierungen an eine Überwachungseinrichtung 4, beispielsweise den Leitstand einer Industrieanlage zu ü- bermitteln .Device were created in a system to classify and transmit these classifications to a monitoring device 4, for example, the control station of an industrial plant.

Die Sensoreinrichtung weist dazu ein analoges Frontend 5 auf, das zum Beispiel mit einem Mikrophon 10, einem Analog- Digital-Wandler 11 und Verstärkereinrichtungen 12 ausgestattet sein kann. Über das Mikrophon 10 werden dann die akusti- sehen Signale bzw. Geräusche G erfasst und durch geeignete Vorverstärkung oder Entzerrung für eine Analog-Digital- Wandlung im AD-Wandler 11 vorbereitet. Das analoge Frontend 5 gibt digitale Geräuschsignale DG aus. Diese werden von einer Steuereinrichtung 2 empfangen, die eine Klassifizierung im Rahmen einer Geräuscherkennung G, vorzugsweise in der Art eines statischen Klassifikators durch- führt. Die Steuereinrichtung 2 liefert entsprechende Überwachungssignale oder Anzeigesignale MS, welche beispielsweise einen Normalbetrieb, Wartungsbetrieb oder Fehlerbetrieb der jeweiligen überwachten Anlage oder Geräuschquelle 9 anzeigen. Diese Anzeigesignale MS werden über eine Schnittstellenein- richtung 3 an die jeweilige Überwachungseinrichtung 4 als Ü- berwachungssignale MSS übertragen.For this purpose, the sensor device has an analog front-end 5, which may be equipped, for example, with a microphone 10, an analog-to-digital converter 11 and amplifier devices 12. The acoustical signals or noises G are then detected via the microphone 10 and prepared by suitable preamplification or equalization for an analog-to-digital conversion in the AD converter 11. The analog front end 5 outputs digital noise signals DG. These are received by a control device 2, which performs a classification as part of a noise recognition G, preferably in the manner of a static classifier. The control device 2 supplies corresponding monitoring signals or display signals MS which indicate, for example, normal operation, maintenance operation or fault operation of the respective monitored installation or noise source 9. These display signals MS are transmitted via an interface device 3 to the respective monitoring device 4 as monitoring signals MSS.

Die Schnittstelleneinrichtung 3 kann dabei zum Beispiel über ein Drahtlos-Protokoll wie UMTS, GPS, WLAN, ZigBee, Bluetooth oder weiterer bekannter Verfahren eine Verbindung zum Überwachungsrechner 4 herstellen. Denkbar sind auch andere Datenübertragungsverfahren, wie zum Beispiel über das Internet o- der LAN-Netzwerke .The interface device 3 can establish a connection to the monitoring computer 4, for example via a wireless protocol such as UMTS, GPS, WLAN, ZigBee, Bluetooth or other known methods. Also conceivable are other data transmission methods, for example via the Internet or LAN networks.

Vorzugsweise ist das analoge Frontend 5, die Steuereinrichtung 2 und die Schnittstelleneinrichtung 3 auf einer einheitlichen Platine in einem einheitlichen Gehäuse vorgesehen, so dass für den Verwender ein Standardbauelement zum Aufbau von Sensornetzwerken vorliegt. Es ergibt sich somit eine akusti- sehe Sensorplattform, die ohne besonderen Aufwand an den jeweiligen Einsatzbereich angepasst werden kann. Dies erfolgt durch Trainieren des eingesetzten Geräuscherkennungsalgorithmus in einem Trainingsbetriebsmodus der Sensoreinrichtung 1.Preferably, the analog front end 5, the control device 2 and the interface device 3 are provided on a unitary board in a unitary housing, so that there is a standard device for the construction of sensor networks for the user. This results in an acoustic sensor platform which can be adapted to the respective area of use without any special effort. This is done by training the used noise detection algorithm in a training mode of operation of the sensor device 1.

Zum Beispiel wird in der Steuereinrichtung, die als programmierbarer MikroController eingesetzt werden kann, eine Soft- ware-implementierte Merkmalsextraktionseinheit 6, eine Klassifikationseinheit 7 und eine Protokollierungseinheit 8 vorgesehen. Durch die Merkmalsextraktionseinheit 6 werden bei- spielsweise psychoakustische Koeffizienten, wie beispielsweise MFC-Koeffizienten (MFC = MEL Frequency Cepstrum Coeffi- cient) ermittelt und über ein entsprechendes Merkmalsignal FE an die Klassifizierungseinheit 7 weitergeleitet. In Abhängigkeit von den jeweiligen Merkmalen, die aus den Geräuschdaten DG ermittelt wurden, klassifiziert die Klassifizierungseinheit 7 mittels geeigneter Algorithmen das zuvor erfasste Geräusch G. Eine Klassifizierung kann zum Beispiel einen Alarmzustand, also einen Fehlerzustand des überwachten Gerätes 9 bedeuten. Die Klassifizierungseinheit 7 liefert entsprechende Klassifizierungssignale KS an die Protokollie- rungseinheit 8, welche zum Beispiel über einen vorgegebenen Zeitraum die Klassifizierungsdaten KS abspeichert.For example, a software-implemented feature extraction unit 6, a classification unit 7 and a logging unit 8 are provided in the control device, which can be used as a programmable microcontroller. For example, psychoacoustic coefficients, for example MFC coefficients (MFC = MEL Frequency Cepstrum Coefficient), are determined by the feature extraction unit 6 and forwarded to the classification unit 7 via a corresponding feature signal FE. Depending on the respective characteristics, which were determined from the noise data DG, the classification unit 7 classifies the previously detected noise G by means of suitable algorithms. A classification can mean, for example, an alarm state, that is to say a fault state of the monitored device 9. The classification unit 7 supplies corresponding classification signals KS to the logging unit 8, which, for example, stores the classification data KS over a predetermined period of time.

Insbesondere bei der Implementierung mit einem statischen Klassifikationsverfahren, bei dem ein statischer Klassifika- tor mit den aufgenommenen Trainingsdaten, also im zuvor lie- genden Trainingsprinzipmodus trainiert wurde, können anwendungsspezifische Modelle trainiert und gespeichert werden. Die Klassifikationseinheit 7 ist dabei unabhängig und lässt sich durch eine automatische Anpassung von Parametern für die Geräuscherkennung einstellen. Beim statischen Klassifikator wird eine Klassenzugehörigkeit der erfassten Geräuschdaten anhand der aus den Trainingsdaten, also den zuvor aufgenommenen Geräuschen geschätzten Merkmalsverteilungen bestimmt. Ferner können weitere Eingaben von anderen Sensoren zur Verbesserung der Klassifikation verwendet werden. Dies kann zum Beispiel neben der akustischen Erfassung durch die Sensoreinrichtung 1 eine Temperatur oder Informationen von Trägheitssensoren in einem Überwachungssystem sein.Particularly in the case of implementation with a static classification method, in which a static classifier was trained with the recorded training data, that is to say in the previously existing training principle mode, application-specific models can be trained and stored. The classification unit 7 is independent and can be adjusted by an automatic adaptation of parameters for noise detection. With the static classifier, a class affiliation of the recorded noise data is determined on the basis of the feature distributions estimated from the training data, that is to say the previously recorded noises. Further, other inputs from other sensors may be used to improve the classification. This may be, for example, in addition to the acoustic detection by the sensor device 1, a temperature or information from inertial sensors in a monitoring system.

Die Sensoreinrichtung kann in einer Vielzahl von Applikati- onsfeldern einheitlich eingesetzt werden. Es muss lediglich ein minimaler Anpassungsaufwand durch den Trainingsbetriebsmodus vorgenommen werden, um den Sensor in verschiedenen Überwachungssituationen einzusetzen. Dadurch ergeben sich bei der Entwicklung vieler Sensoren insgesamt geringere Entwick- lungskosten. Durch die einheitliche Ausgestaltung aller Sensoreinrichtungen in einem entsprechenden Überwachungssystem entstehen auch geringere Produktionskosten, da einheitliche Bauteile verwendet werden können. Eine Anpassung an spezielle Anwendungen kann in einem entsprechend standardisierten Sensor 1, zum Beispiel ferner durch die Wahl des Mikrophons 10 oder Vorverstärkers 12, spezielle Merkmalsextraktionen oder Protokollierungsarten, sowie die Übertragungsart an die zent- rale Überwachungseinrichtung 4 erfolgen.The sensor device can be used uniformly in a large number of application fields. There is only a minimum amount of adjustment required by the training mode of operation to deploy the sensor in various monitoring situations. As a result, the development of many sensors results in lower overall development costs. The uniform design of all sensor devices in a corresponding monitoring system also results in lower production costs, since uniform components can be used. An adaptation to special Applications can take place in a correspondingly standardized sensor 1, for example also by the choice of the microphone 10 or preamplifier 12, special feature extractions or types of logging, as well as the type of transmission to the central monitoring device 4.

In der Figur 2 ist beispielhaft ein Überwachungssystem 20 mit mehreren Sensoreinrichtungen dargestellt. Dabei sind zum Beispiel die Geräuschquellen 9 und 90 zu überwachen.FIG. 2 shows by way of example a monitoring system 20 with a plurality of sensor devices. For example, the noise sources 9 and 90 are to be monitored.

Es sind vier Sensoreinrichtungen 1, 100, 101 ,102 dargestellt, die jeweils über eine geeignete Kommunikationsverbindung Überwachungsdaten MSS, MSS1-MSS3 an eine zentrale Überwachungseinrichtung 4 übermitteln. Die Sensoreinrichtungen sind darüber hinaus mit Eingabemitteln, wie beispielsweise Tasten 13, 113 ausgestattet, so dass vor der Inbetriebnahme der eigentlichen Überwachungsfunktion zunächst der Trainingsmodus eingestellt werden kann. Beispielsweise hat die Sensoreinrichtung 1 zwei Tasten 13A, 13B zum Start des jeweiligen Betriebsmodus.Four sensor devices 1, 100, 101, 102 are shown which each transmit monitoring data MSS, MSS1-MSS3 to a central monitoring device 4 via a suitable communication link. The sensor devices are also equipped with input means, such as buttons 13, 113, so that before the commissioning of the actual monitoring function, first the training mode can be set. For example, the sensor device 1 has two buttons 13A, 13B for starting the respective operating mode.

Das Überwachungssystem 20 bietet dabei ferner die Möglichkeit in Abhängigkeit von den erkannten und klassifizierten Geräuschen regelungstechnische Maßnahmen zu ergreifen. Beispiels- weise kann die Geräuschquelle 90 als eine Maschineneinrichtung aufgefasst werden, die über geeignete Steuersignale CT von der Leitstelle bzw. dem zentralen Überwachungsrechner 4 gesteuert werden kann. Es ist beispielsweise denkbar, dass die Geräuschquelle 90 eine Pumpe darstellt, welche im Fehler- fall, d.h. Auftreten eines untypischen Geräusches, welches durch die Sensoren 1 oder 100 erkannt wird, zur Abschaltung gebracht werden muss. Selbstverständlich sind auch andere Anwendungsszenarien, wie bereits zuvor angedeutet, denkbar.The monitoring system 20 also offers the possibility of taking control measures depending on the detected and classified sounds. For example, the noise source 90 can be understood as a machine device that can be controlled by the control station or the central monitoring computer 4 via suitable control signals CT. For example, it is conceivable that the noise source 90 represents a pump which, in the event of a fault, i. Occurrence of an untypical noise, which is detected by the sensors 1 or 100, must be brought to shutdown. Of course, other application scenarios, as indicated earlier, conceivable.

Die Erfindung schafft damit ein flexibel einsetzbares System bzw. eine Plattform mit Sensoreinrichtungen, die einfach und ohne großen Aufwand aufgrund der standardisierten Elemente auf die jeweilige Anwendungssituation angepasst werden kann. Insbesondere über einheitliche jeweils statische Klassifikationseinheiten ergeben sich für den Anwender zum Aufbau von jeweiligen Überwachungsnetzen gegenüber üblichen sehr speziellen Sensoren Vorteile. Die Entwicklung verschiedener Sen- soren sind die Entwicklungskosten reduziert. Durch Bereitstellen der einheitlichen Plattform kann die Produktentwicklung für neue Sensoren und Sensornetzwerke beschleunigt werden, und durch die Verwendung einheitlicher Bauteile ergeben sich insgesamt geringere Produktionskosten. The invention thus provides a flexibly deployable system or a platform with sensor devices, which can be easily adapted to the respective application situation without great effort on the basis of the standardized elements. In particular, using uniform static classification units in each case results in advantages for the user for setting up respective monitoring networks in comparison with customary very special sensors. The development of different sensors reduces the development costs. By providing the unified platform, product development for new sensors and sensor networks can be accelerated, and the use of unified components results in lower overall production costs.

Claims

claims

1. Sensor device (1) for detecting noises (G) with a control device (2) generating classification signals (KS) as a function of detected noise signals, and an interface device (3), wherein the control device (2) is designed such that in a noise detection method is performed in a first operating mode of the sensor device (1) and a training method for the noise detection method takes place in a second operating mode, and wherein the interface device (3) is suitable for transmitting the classification signals (KS) as monitoring signals (MSS) to an evaluation device ( 4).

2. Sensor device (1) according to claim 1, wherein an analog front end (5) for detecting acoustic noise signals (G) and providing digital to the control device (2) coupled noise signals (DG) is provided.

3. Sensor device (1) according to claim 2, wherein the analog front end (5) comprises a microphone or other sound transducer such as a structure-borne sound pickup (10), an analog-to-digital converter (11) and / or an amplifier device (12).

4. sensor device (1) according to any one of claims 1-3, wherein in the second operating mode in response to the detected noise signals (G), an automatic adaptation of parameters of the sound detection method is carried out.

5. Sensor device (1) according to any one of claims 2-4, wherein the control device (2) has a feature extraction unit

(6), which determines noise characteristics (FE) from the digital noise signals (DG), in particular psychoacoustic coefficients.

6. Sensor device (1) according to claim 5, wherein the control device (2) comprises a classification unit (7), which makes a classification of the detected noise (G) as a function of the noise characteristics (FE).

7. Sensor device (1) according to claim 6, wherein the control device (2) comprises a logging unit (8) which stores the classifications of the classification unit (7).

8. Sensor device (1) according to one of claims 1 - 7, wherein the control device (2) is configured as a programmable microcontroller, and the classification unit (7), the feature extraction unit (6) and / or the logging unit (8) are implemented as parts of a control program for the control device (2).

9. sensor device (1) according to any one of claims 6-8, wherein the interface device (8) sends monitoring signals (MSS) in response to a classification of the noise (G).

10. Sensor device (1) according to any one of claims 1-9, wherein input means (13A, 13B), in particular keys, for activating the first and / or the second operating mode are provided.

11. Sensor device (1) according to any one of claims 1-10, wherein the sensor device (1) is designed as an embedded system.

12. Sensor device (1) according to any one of claims 1-11, wherein the sensor device (1) is designed as an integrated mobile device.

13. Sensor device (1) according to any one of claims 2-12, wherein the control device (2), the front end (5) and the Interface device (3) are integrated in a housing.

14. Monitoring device (20) with a plurality of sensor devices (1, 100, 101, 102) according to one of claims 1 to 13 and a monitoring device coupled via a respective communication channel by means of the interface devices of the sensor devices (1, 100, 101, 102) ( 4).

15. Monitoring device (20) according to claim 14, wherein the monitoring device (4) via a wireless protocol with the sensor devices (1, 100, 101, 102) is coupled.