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现场声信号频段侦察记录 - 2026-07-07

1. 当前目标

本阶段目标已经从“断刀/崩刃检测”临时调整为识别四类现场动作:

当前不是直接训练最终分类器,而是先用专家采集的 2 MSPS 真实数据确认这些动作的有效声信号主要落在哪些频段,进而判断 500 kSPS 原型采集卡是否能覆盖。

2. 会议纪要中的技术要求

来源:

关键理解:

3. 数据现状

现场数据目录:

/Users/mv/Desktop/cncmock/1-机床移动

已观察到:

4. 新增工具

已新增:

src/ae_field_survey.py

并加入:

run.py ae_field_survey

功能:

默认频带:

5. 已完成的快速验证

5.1 干跑

命令:

.venv/bin/python run.py ae_field_survey -- '1-机床移动' --max-files 1 --max-seconds 0.1 --out-dir output/field_survey_dryrun

结论:

5.2 前 5 个文件,每个前 2 秒

命令:

.venv/bin/python run.py ae_field_survey -- '1-机床移动' --max-files 5 --max-seconds 2 --out-dir output/field_survey_quick5

结果摘要:

注意:该结果只覆盖早期 5 个文件,不能代表所有动作。

5.3 48 个文件,每个前 0.5 秒

命令:

.venv/bin/python run.py ae_field_survey -- '1-机床移动' --max-seconds 0.5 --out-dir output/field_survey_allfiles_head05

输出:

结果摘要:

通道 高能窗口 <=125 kHz 中位数 高能窗口 <=200 kHz 中位数 高能窗口 >250 kHz 中位数 初步判断
CH1 广州清诚 99.99% 99.99% 0.01% 以下 对 500 kSPS 很友好
CH2 北京物声 97.92% 98.05% 1.89% 大多数情况可覆盖
CH3 嘉泰 94.43% 94.59% 5.17% 需按工序复核
CH4 友机 56.77% 60.79% 36.83% 存在明显高频风险

发现的高频例外:

6. 当前分析结论

6.1 500 kSPS 是否有希望

有希望,但不能无条件确认。

已抽样数据表明:

但也发现:

6.2 是否已经能判断四类动作频段

还不能最终判断。

原因:

6.3 是否需要 MATLAB

当前主分析不需要 MATLAB。

Python 流式处理更适合 58 GB 大文件,不容易爆内存。MATLAB 可作为专家图形复现或交叉验证工具,而不是当前主流程。

7. 下一步执行方案

P0:补动作时间段标签

需要现场或专家提供至少一种映射:

推荐最小格式:

file,event_label,start_s,end_s,notes
1-机床移动 26-07-07 14-29-14.txt,敲,0.0,5.0,手敲外舱门
1-机床移动 26-07-07 15-00-06.txt,切,12.5,18.0,正常切削

P1:按标签重跑频段统计

标签到位后,按动作类别输出:

P2:判断 500 kSPS 原型卡适配性

判断规则建议:

P3:转入分类或模板比对

确认频带后,再选择算法:

8. 当前建议

短期建议:

  1. 继续使用 Python 流式频段普查作为主流程。
  2. 先让现场补一份文件/时间段到碰/敲/切/挤的标签表。
  3. 同时向硬件确认 500 kSPS 原型卡的模拟抗混叠低通截止频率。
  4. 在标签到位前,不要把当前低频结果直接当成四类动作的最终结论。

一句话结论:

当前真实数据初步支持“部分通道、部分场景很可能落在 125 kHz 内”,但全数据中已出现高频例外;下一步必须按碰/敲/切/挤标签做分类频段统计,才能决定 500 kSPS 是否可交付。

9. 专家三维频谱图需求理解与更新计划

9.1 专家想要的结果是什么

专家提出的三维坐标系:

这本质上是一个频谱图或频谱曲面:

A(t, f) = 某个时间窗口内,频率 f 对应的频谱幅值

它可以画成两种形式:

工程上优先采用二维热力图,因为文件多、数据大,更利于比较和报告展示;三维曲面可对重点片段单独生成。

9.2 A 不宜直接称为“电压值”

原始时域数据单位是 mV,但经过 FFT 后,A 已经不是简单的瞬时电压。

建议统一称为:

为了避免误解,后续报告中建议写作:

A = FFT amplitude / 频谱幅值,不是原始瞬时电压。

9.3 单窗口三维图与多窗口矩阵的关系

如果固定一个 FFT 窗口长度,例如 1 ms,则可以得到一个标准三维结果:

1ms 窗口:t × f × A

如果同时做多个窗口长度,例如 1 ms、2 ms、5 ms、10 ms ... 10000 ms,则严格来说结果变成四维:

窗口长度 W × 时间 t × 频率 f × 幅值 A

为了符合专家表达,同时避免四维结果难以展示,建议拆成多个三维结果:

W = 1ms      -> 一张 t-f-A 频谱图
W = 2ms      -> 一张 t-f-A 频谱图
W = 5ms      -> 一张 t-f-A 频谱图
...
W = 10000ms  -> 一张 t-f-A 频谱图

再额外输出一个总表,比较不同窗口长度下的关键频段能量占比。

9.4 频率点的修正

频率分辨率由窗口长度决定:

Δf = 1 / 窗口时长

因此:

FFT 窗口 2 MSPS 下采样点数 原始频率间隔
1 ms 2,000 1 kHz
2 ms 4,000 500 Hz
5 ms 10,000 200 Hz
10 ms 20,000 100 Hz
100 ms 200,000 10 Hz
10000 ms 20,000,000 0.1 Hz

专家口头说的 0, 1k, 2k, 3k ... 1M 对 1 ms 窗口严格成立;对更长窗口,FFT 原始频率点会更密。为了便于统一比较,后续可以把所有窗口长度的结果统一抽样到 1 kHz 网格。

9.5 更新后的输出计划

重点对象:

计划输出:

  1. CH1_multi_window_summary.csv - 每个文件、每个窗口长度的 <=125 kHz<=200 kHz>250 kHz 能量占比。 - Top 频点和主导频段。

  2. CH1_top_event_windows.csv - 自动定位 CH1 高能事件时间段。 - 记录事件起止时间、峰值、RMS、主频、频带能量占比。

  3. CH1_spectrogram_report.html - 全文件概览热力图。 - 重点高能事件局部高清图。 - 多窗口长度对比图。

  4. 重点图片目录: - spectrogram_W1ms/ - spectrogram_W2ms/ - spectrogram_W5ms/ - spectrogram_W10ms/ - spectrogram_W100ms/

建议窗口集合:

1ms, 2ms, 5ms, 10ms, 20ms, 50ms, 100ms, 200ms, 500ms, 1000ms, 5000ms, 10000ms

实际全量运行时,不建议一开始对 48 个大文件全部生成所有窗口的全分辨率图片;应先做 CH1 全量数值统计,再对代表性文件和高能事件生成详细频谱图。

9.6 与 500 kSPS 判断的关系

三维频谱图最终服务于硬件判断:

10. CH1 全量多窗口 FFT 结果

执行时间:2026-07-07

执行命令:

.venv/bin/python run.py ae_field_survey -- ch1-multiscale '1-机床移动' \
  --windows-ms 1,2,5,10,20,50,100,200,500,1000 \
  --top-k 20 \
  --out-dir output/ch1_multiscale_full

输出:

10.1 统计范围

10.2 核心发现

多数文件支持低频结论:

但存在明确高频风险文件:

这些文件在 CH1 上也出现了明显 >250 kHz 能量。典型情况:

10.3 500 kSPS 结论

当前不能给出“500 kSPS 无条件够用”的结论。

更准确的工程判断是:

因此下一步必须确认两件事:

  1. 高频风险文件对应的现场动作/工况是什么。
  2. 500 kSPS 原型卡 ADC 前端是否有足够的模拟抗混叠低通,尤其能否压住 250 kHz 以上能量。

10.4 推荐给专家看的图

真正三维坐标图入口:

这些图使用 Plotly 3D Surface:

注意:3D 图为了浏览器可打开做了可视化降采样;精确数值以 CSV 统计为准。

二维热力图示例:

低频正常示例:

高频风险示例:

这些 HTML 图是专家要求的 t-f-A 形式:

10.5 下一步

  1. 让现场专家确认高频风险文件的实际动作。
  2. 若风险文件属于目标动作,则 500 kSPS 只能作为低频版验证,不宜作为最终硬件。
  3. 若风险文件属于非目标干扰,则可以把它们作为误报/干扰样本,继续推进 500 kSPS 方案。
  4. 后续如需完全对齐专家表达,可补充 5000 ms 和 10000 ms 长窗口,但建议只对代表性文件做,不建议全量生成图片。

11. CH1 决策评估数字化分型

执行输出:

11.1 主评估口径

采用专家会议中明确的基础窗口:1 ms FFT

分类规则:

11.2 总体数字

指标 数值
总文件数 48
A 类低频稳定 30 / 48 = 62.50%
B 类过渡/混合 7 / 48 = 14.58%
C 类高频风险 11 / 48 = 22.92%
<=125 kHz 能量 >=90% 的文件 31 / 48 = 64.58%
<=125 kHz 能量 >=95% 的文件 31 / 48 = 64.58%
<=125 kHz 能量 >=99% 的文件 30 / 48 = 62.50%
>250 kHz 能量 <1% 的文件 30 / 48 = 62.50%
>250 kHz 能量 >=20% 的文件 11 / 48 = 22.92%
>250 kHz 能量 >=40% 的文件 6 / 48 = 12.50%

11.3 三类文件的统计特征

类别 文件数 <=125 kHz 中位数 125 kHz 外 中位数 >250 kHz 中位数 >250 kHz 范围 RMS 中位数 峰值中位数
A 低频稳定 30 99.99% 0.01% 0.008% 0.0004%-0.025% 25.97 73.24
B 过渡/混合 7 82.26% 17.74% 14.91% 4.12%-15.55% 18.04 24.87
C 高频风险 11 48.56% 51.44% 43.36% 24.47%-59.92% 17.75 19.38

解释:

11.4 C 类高频风险文件清单

文件 <=125 kHz >250 kHz 250-400 kHz 400-1000 kHz 备注
1-机床移动 26-07-07 15-00-55.txt 28.97% 59.92% 12.33% 47.59% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 14-27-36.txt 29.94% 58.80% 12.27% 46.54% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 15-04-28.txt 33.30% 56.21% 11.58% 44.63% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 14-29-14.txt 33.45% 55.89% 11.68% 44.21% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 11-02-01.txt 40.73% 49.99% 10.29% 39.70% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 15-00-06.txt 48.56% 43.36% 8.92% 34.44% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 16-31-16.txt 57.32% 35.96% 7.39% 28.58% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 16-37-18.txt 58.87% 34.66% 7.12% 27.54% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 16-53-14.txt 67.07% 27.75% 5.71% 22.04% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 16-46-59.txt 68.35% 26.67% 5.48% 21.19% P0 复核
1-机床移动 26-07-07 16-40-04.txt 70.96% 24.47% 5.03% 19.44% P0 复核

11.5 用于汇报的当前决策表述

当前 CH1 数据不支持“500 kSPS 已经最终定型”的结论,但支持“继续推进 500 kSPS 原型验证”的结论。

理由:

明天最重要的现场问题:

上述 11 个 C 类文件,对应的现场动作到底是什么?

如果 C 类文件不是目标碰/敲/切/挤,则 500 kSPS 方案风险显著降低; 如果 C 类文件包含目标动作,则 500 kSPS 必须谨慎,至少不能作为最终频段定型依据。

12. 进一步深度诊断:C 类是否像目标动作

执行输出:

12.1 诊断目的

在晚上无法补充现场标签、无法确认 500 kSPS 硬件抗混叠、也无法复采的情况下,继续从已有 2 MSPS 数据里挖掘:

12.2 关键数字

以 A 类低频稳定文件作为基线:

C 类高频风险文件:

12.3 解释

这组数字说明:

因此,基于信号形态的当前推断是:

C 类更像持续宽带高频底噪、非目标状态、设备/传感器状态差异或现场干扰,
不像典型“强碰/强切/强挤”这类低频主导的大幅值事件。

注意:这是信号形态推断,不是现场事实确认。最终仍要问现场这些文件对应什么动作。

12.4 决策含义

如果现场确认 C 类不是目标碰/敲/切/挤:

如果现场确认 C 类属于目标碰/敲/切/挤:

12.5 明天现场复核优先级

优先复核以下 6 个最强 C 类文件:

  1. 1-机床移动 26-07-07 15-00-55.txt
  2. 1-机床移动 26-07-07 14-27-36.txt
  3. 1-机床移动 26-07-07 15-04-28.txt
  4. 1-机床移动 26-07-07 14-29-14.txt
  5. 1-机床移动 26-07-07 11-02-01.txt
  6. 1-机床移动 26-07-07 15-00-06.txt

复核问题:

这些文件采集时,机床在做什么?是否属于碰/敲/切/挤?
传感器安装、工况、设备状态是否发生变化?

13. 20 个代表 FFT 窗口的全量验证

执行输出:

13.1 窗口集合

采用 20 个代表窗口,而不是穷举 1-10000 ms 每个整数窗口:

1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10,
15, 20, 30, 50, 75, 100,
150, 200, 300, 500, 750, 1000 ms

原因:

13.2 20 窗口结论

20 窗口验证后,文件级分型如下:

分型 文件数 说明
A_consistent_low_frequency 30 20 个窗口均低频稳定
C_consistent_high_frequency_risk 11 20 个窗口中均显示高频风险
B_transition_or_mixed 7 过渡/混合

这个结果与 1 ms 主口径和 10 窗口分析一致,说明结论具有跨时间尺度稳定性。

13.3 窗口级关键数字

在全部 20 个窗口上:

这说明:

CH1 的低频稳定文件是真稳定,高频风险文件也是真风险,
不是某一个 FFT 窗口长度造成的偶然现象。

13.4 对管理层的更新表述

基于 20 个代表 FFT 窗口的全量复核,CH1 结论可以更严谨地表达为:

在 48 个现场文件、20 个代表 FFT 窗口下,CH1 有 30 个文件稳定表现为低频主导, 11 个文件稳定表现为高频风险,7 个文件为过渡/混合状态。窗口尺度变化没有改变 分型结论。因此,500 kSPS 原型验证具备充分依据,但能否最终定型取决于 11 个高频 风险文件是否属于目标碰/敲/切/挤。

14. 候选频段与 C 类局部深挖结果

执行输出:

14.1 当前可以回答专家的问题

在已有文件级 .meas Memo、但没有碰/敲/切/挤精确时间段标签的前提下,当前可以回答“CH1 已采集文件及文件级工况备注下的频段分布”,但仍不能最终回答“每个动作类别在具体发生时刻的频段”。

文件分型 文件数 <=125 kHz 中位数 <=200 kHz 中位数 >250 kHz 中位数 400 kHz-1 MHz 中位数 当前解释
A 低频稳定 30 99.99% 99.99% 0.01% 0.01% 主候选频带 0-125kHz;500ksps 强支持
B 过渡/混合 7 82.26% 83.95% 14.91% 11.85% 候选频带 0-200kHz;需要作为边界样本复核
C 高频风险 11 48.56% 53.32% 43.36% 34.44% 存在 250kHz 以上尤其 400kHz-1MHz 高频;需现场确认是否目标工况

因此,当前给专家的频段回答应分层表述:

14.2 分频段细节

文件分型 0-50k 50-100k 100-125k 125-200k 200-250k 250-400k 400-1000k
A 低频稳定 99.85% 0.12% 0.01% 0.00% 0.00% 0.00% 0.01%
B 过渡/混合 79.62% 1.84% 0.63% 1.69% 1.13% 3.06% 11.85%
C 高频风险 43.14% 3.74% 1.68% 4.76% 3.28% 8.92% 34.44%

关键解释:

14.3 11 个 C 类文件的局部风险窗口

对每个 C 类文件提取局部高风险窗口后,结果如下。top_start_s 表示该文件内最高 >250 kHz 局部窗口的起始时间。

文件 top_start_s 最高局部 >250 kHz Top10 局部 >250 kHz 中位数 Top10 最低 <=125 kHz >250 kHz 中来自 400 kHz-1 MHz 的中位占比
1-机床移动 26-07-07 15-00-55.txt 7.254 45.80% 42.22% 45.84% 79.99%
1-机床移动 26-07-07 14-27-36.txt 1.443 44.69% 42.98% 47.15% 78.70%
1-机床移动 26-07-07 15-04-28.txt 6.914 42.19% 38.36% 50.54% 79.15%
1-机床移动 26-07-07 14-29-14.txt 3.333 42.77% 38.77% 50.91% 78.89%
1-机床移动 26-07-07 11-02-01.txt 10.760 38.14% 36.37% 56.14% 79.19%
1-机床移动 26-07-07 15-00-06.txt 1.630 20.60% 19.96% 76.29% 80.43%
1-机床移动 26-07-07 16-31-16.txt 5.468 8.69% 8.12% 89.83% 79.03%
1-机床移动 26-07-07 16-37-18.txt 4.682 9.45% 8.83% 88.31% 77.84%
1-机床移动 26-07-07 16-53-14.txt 2.464 10.07% 9.51% 87.82% 80.16%
1-机床移动 26-07-07 16-46-59.txt 2.192 9.81% 9.07% 87.98% 79.91%
1-机床移动 26-07-07 16-40-04.txt 1.759 9.72% 9.17% 88.57% 79.31%

这张表的意义:

14.4 当前用于汇报的最严谨结论

当前 CH1 广州清诚的结论可以写成:

在 48 个现场文件中,30 个文件稳定落在低频段,主能量集中于 0-125 kHz,其中 0-50 kHz 占绝对主体;7 个文件为 0-200 kHz 为主但带有一定高频成分的边界样本;11 个文件存在稳定 >250 kHz 高频风险,且高频主体集中在 400 kHz-1 MHz。因此,500 kSPS 原型卡可以继续用于低频版验证,但不能在未确认 11 个 C 类文件工况前作为最终硬件定型依据。

需要继续向现场确认的核心问题只有一个:

这 11 个 C 类高频风险文件,特别是前 5 个强风险文件,采集时是否对应目标动作“碰/敲/切/挤”?

如果答案是否定的,500 kSPS 方案的风险会明显下降;如果答案是肯定的,500 kSPS 只能做低频近似验证,不能覆盖完整目标信号。

15. t-f-A 汇报版图集更新

执行输出:

15.1 更新目的

原来的 t-f-A 图主要用于证明“可以画时间-频率-幅值图”。本次更新后,图集直接服务于 500 kSPS 可用性判断:

15.2 代表文件

本次图集选择 9 个 CH1 代表文件:

分型 文件数 用途
A 低频稳定 2 展示 0-125 kHz 主导、支持 500 kSPS 的典型样本
B 边界混合 2 展示低频为主但有高频成分的边界样本
C 高频风险 5 展示最需要现场复核的强高频风险样本

核心入口:

output/ch1_tfa_report/index.html

15.3 汇报时的使用方式

建议汇报顺序:

  1. 先展示 output/ch1_tfa_report/index.html 的总表,说明 A/B/C 三类代表文件。
  2. 再打开 A 类 2D/3D 图,说明低频样本几乎全部落在 125 kHz 以下。
  3. 再打开 C 类 2D/3D 图,说明风险样本的高频能量明显越过 250 kHz,且主体在 400 kHz-1 MHz
  4. 最后回到数字结论:500 kSPS 可以继续做低频版验证,但 C 类样本未确认工况前不能最终定型。

注意:t-f-A 图经过可视化降采样,目的是展示形态;最终比例判断以 CSV 统计和图旁数字摘要为准。

16. CH2-CH4 通道扩展分析

执行输出:

16.1 通道覆盖范围

现场导出的 48 个 .txt 文件并非全部都有 4 个通道:

通道数 文件数 说明
2 通道 15 只有 CH1/CH2
3 通道 16 有 CH1/CH2/CH3
4 通道 17 有 CH1/CH2/CH3/CH4

因此:

后续通道比例均以“该通道实际存在的文件数”为分母。

16.2 通道级结果

沿用 CH1 的 1 ms 主口径和 A/B/C 分型规则:

通道 有效文件数 A 低频稳定 B 边界/混合 C 高频风险 <=125 kHz 中位数 >250 kHz 中位数 当前判断
CH1 广州清诚 48 30 7 11 99.98% 0.01% 最适合 500 kSPS 低频版验证,但仍需复核 C 类
CH2 北京物声 48 12 27 9 97.39% 2.33% 多数偏低频,但边界样本多,高频风险不能忽略
CH3 嘉泰 33 11 14 8 94.90% 4.82% 边界/高频风险更明显,适合作为辅助对比通道
CH4 友机 17 0 0 17 50.89% 41.71% 高频风险显著,不建议作为 500 kSPS 定型依据

16.3 对 500 kSPS 的含义

当前多通道结论比只看 CH1 更完整:

因此,面向当前 500 kSPS 原型卡,建议把 CH1 作为主验证通道,CH2/CH3 作为辅助验证和工况对比,CH4 暂不作为 500 kSPS 定型依据。

16.4 网站更新

Cloudflare Pages 汇报站已加入“CH1-CH4 通道对比”页面:

https://cnc-ae-field-report.pages.dev

当时部署快照:

https://b9a018c2.cnc-ae-field-report.pages.dev

17. CH2-CH4 多通道 t-f-A 图集

执行输出:

17.1 更新目的

CH1 已经有完整 t-f-A 图集。为便于横向比较不同传感器,本次补充 CH2、CH3、CH4 的代表样本图集:

注意:这些 t-f-A 图用于展示频段形态;最终比例判断仍以全文件 FFT 统计 CSV 为准。

17.2 代表样本

通道 类型 文件 <=125 kHz >250 kHz 判断
CH2 北京物声 A_low 1-机床移动 26-07-07 16-53-14.txt 99.43% 0.43% 低频稳定
CH2 北京物声 B_mixed 1-机床移动 26-07-06 17-11-19.txt 58.73% 4.89% 边界混合
CH2 北京物声 C_risk 1-机床移动 26-07-07 14-27-36.txt 10.38% 88.27% 高频风险
CH3 嘉泰 A_low 1-机床移动 26-07-07 16-53-14.txt 99.49% 0.40% 低频稳定
CH3 嘉泰 B_mixed 1-机床移动 26-07-07 13-44-32.txt 94.22% 5.35% 边界混合
CH3 嘉泰 C_risk 1-机床移动 26-07-07 14-27-36.txt 16.74% 82.46% 高频风险
CH4 友机 C_high 1-机床移动 26-07-07 14-27-36.txt 3.84% 94.83% 高频风险最强
CH4 友机 C_mid 1-机床移动 26-07-07 16-37-18.txt 50.89% 41.71% 高频风险中位代表
CH4 友机 C_low 1-机床移动 26-07-07 16-45-10.txt 68.58% 26.66% 高频风险较低代表

17.3 当前结论补充

多通道 t-f-A 图集与通道统计结果一致:

17.4 网站更新

当前主入口:

https://cnc-ae-field-report.pages.dev