CN104407278A - 超声波特征参数的提取方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声波特征参数的提取方法和装置。其中，该提取方法包括：从预先获取的文件中读取超声波；对超声波进行滤波处理得到滤波后的波形；从滤波后的波形中提取脉冲波形；对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量；提取超声波的所述峰值、相位、持续时间以及能量。通过本发明，解决了现有技术中无法提取的超声波特征参数的问题，实现了基于LabVIEW提取超声波特征参数的效果。

Description

超声波特征参数的提取方法和装置

技术领域

本发明涉及数据处理领域，具体而言，涉及一种超声波特征参数的提取方法和装置。 

背景技术

超声局部放电检测难免会遇到外界噪声干扰，重要的是采取有效的信号处理方法，即抽取有用的信号特征。一般使用如下特征信息对局放现象与程度进行评估：到达时间、放电次数、幅度、能量和持续时间等，由于各种各样噪声干扰的存在，超声信号的到达时间是难以确定的，需要通过一些信号处理方法排除噪声，找到真正的起始时刻；同样放电次数的确定也是一个难点，一次超声放电是一个持续振荡的波形，持续时间不同于局部放电特高频信号和脉冲电流信号，是μs级别的，而以前的处理方法是只要超过阈值就算是一次放电，这种方法明显是不正确的，又或者是只关心每次放电的幅值，我们需要通过放电次数的定义，设置合理的阈值，通过实验获得脉冲长度以及参数间隔，通过LabVIEW编程得到局部放电超声事件计数，通过上述方法可以得到特征参数却提取上述参数。 

针对现有技术中无法提取的超声波特征参数的问题，目前尚未提出有效的解决方案。 

发明内容

针对相关技术中无法提取的超声波特征参数的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，本发明的主要目的在于提供一种超声波特征参数的提取方法和装置，以解决上述问题。 

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种超声波特征参数的提取方法，该提取方法包括：从预先获取的文件中读取超声波；对超声波进行滤波处理得到滤波后的波形；从滤波后的波形中提取脉冲波形；对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量；提取超声波的所述峰值、相位、持续时间以及能量。 

进一步地，在从预先获取的文件中读取超声波之前，提取方法包括：按照预先设置的起始时间和时间间隔获取多个文件；从预先获取的文件中读取超声波包括：依序从多个文件中读取超声波。 

进一步地，在对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量之后，提取方法还包括：判断多个文件是否提取完；若文件提取完，则返回执行从预先获取的文件中读取超声波。 

进一步地，对超声波进行滤波处理得到滤波后的波形包括：对超声波进行带通滤波得到滤波后的波形，其中，进行带通滤波的频率为50k～400k赫兹。 

进一步地，提取超声波的所述峰值、相位、持续时间以及能量包括：保存超声波的峰值、相位、持续时间以及能量，生成TXT格式的文件；输出TXT格式的文件。 

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种超声波特征参数的提取装置，该提取装置包括：读取模块，用于从预先获取的文件中读取超声波；滤波模块，用于对超声波进行滤波处理得到滤波后的波形；第一提取模块，用于从滤波后的波形中提取脉冲波形；计算模块，用于对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量；第二提取模块，用于提取超声波的所述峰值、相位、持续时间以及能量。 

进一步地，提取装置包括：获取模块，用于在从预先获取的文件中读取超声波之前，按照预先设置的起始时间和时间间隔获取多个文件；读取模块包括：读取子模块，用于依序从多个文件中读取超声波。 

进一步地，提取装置还包括：判断模块，用于在对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量之后，判断多个文件是否提取完；返回模块，用于若文件提取完，则返回执行从预先获取的文件中读取超声波。 

进一步地，滤波模块包括：滤波子模块，用于对超声波进行带通滤波得到滤波后的波形，其中，进行带通滤波的频率为50k～400k赫兹。 

进一步地，第二提取模块包括：保存模块，用于在对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量之后，保存超声波的峰值、相位、持续时间以及能量，生成TXT格式的文件；输出模块，用于输出TXT格式的文件。 

采用本发明，在使用LabVIEW获取到保存有超声波数据的文件之后，从文件中读取超声波，并显示在LabVIEW的界面上，然后对该超声波进行滤波之后提取脉冲波形，基于脉冲波形计算并提取特征值。通过上述实施例，解决了现有技术中无法提取的超声波特征参数的问题，实现了基于LabVIEW提取超声波特征参数的效果。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1是根据本发明实施例的超声波特征参数的提取方法的流程图； 

图2是根据本发明实施例的一种可选的超声波特征参数的提取方法的流程图； 

图3是根据本发明实施例的输出TXT格式文件的示意图；以及 

图4是根据本发明实施例的超声波特征参数的提取方法的示意图。 

具体实施方式

首先，在对本发明实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释： 

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench实验室虚拟仪器工程平台)是一个程序开发环境。类似于C、BASIC。但LabVIEW的特点在于，它使用图形化编程语言G在流程图中创建源程序，而非使用基于文本的语言来产生源程序代码。LabVIEW还整合了与诸如满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485以及数据采集卡等硬件通讯的全部功能。内置了便于TCP/IP、Active X等软件标准的库函数。虽然LabVIEW是一个通用编程系统，但是它也包含为数据采集和仪器控制特别设计的函数库和开发工具。LabVIEW程序被称为虚拟仪器(VIs)，是因为它们的外观和操作能模仿实际的仪器。由于LabVIEW所使用的术语、图标和概念都是技术人员、科学家、工程师所熟悉的，故而即使用户没有多少编程经验，同样也能利用LabVIEW来开发自己的应用程序。 

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。 

图1是根据本发明实施例的超声波特征参数的提取方法的流程图，如图1所示该方法包括如下步骤： 

步骤S102，从预先获取的文件中读取超声波。 

步骤S104，对超声波进行滤波处理得到滤波后的波形。 

步骤S106，从滤波后的波形中提取脉冲波形。 

步骤S108，对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量； 

步骤S110，提取超声波的峰值、相位、持续时间以及能量。 

采用本发明，在使用LabVIEW获取到保存有超声波数据的文件之后，从文件中读取超声波，并显示在LabVIEW的界面上，然后对该超声波进行滤波之后提取脉冲波形，基于脉冲波形计算并提取特征值。通过上述实施例，解决了现有技术中无法提取的超声波特征参数的问题，实现了基于LabVIEW提取超声波特征参数的效果。 

在上述实施例中，可以通过能量累积法获取超声波的到达时间。具体地，获取脉冲信号的时间能量曲线，该曲线上的能量最小点对应的时间确定为到达时间，该到达时间可用LabVIEW编程自动读取，可大大减小人为误差的影响。 

其中的持续时间(duration time，又称延时，脉冲信号第一次超过门槛值到最后一次高于门槛值所经历的时间间隔；幅度(amplitude)，指从超声波信号的波形所得到的脉冲信号的最大值；超声事件计数(hits)，事件计数，当超声信号波形超过预置的门槛值时刻起，在规定的时间内，如果没有新的越过门槛值的信号形成的一个脉冲，即为一个事件计数hit。将所有被检测到的超声事件数进行累加，称为总事件计数，单位时间内的事件数目称为事件计数率；能量(energy)，超声信号的能量正比于超声波形的面积，通常用方均根电压Vrms或均方电压Vms来进行超声信号的能量测量，也可直接测量超声信号波形的面积。 

在执行上述实施例中的步骤S108的过程中，还可以计算脉冲信号的放电次数，具体地，当脉冲信号的幅值超过阈值后，便截取超过阈值的单独脉冲，若有6个脉冲，然后索引每个脉冲的下阈值点和下一个脉冲上阈值点，得到它们的参数间隔。如果参数间隔小于所设定HDT，则将两个脉冲合并，继续判定；当参数间隔大于所设定HDT，则之前合并的脉冲即为一次放电，则脉冲1，2，3，4为一次放电，5，6为一次放电。 

在本发明的上述实施例中，在从预先获取的文件中读取超声波之前，提取方法可以包括：按照预先设置的起始时间和时间间隔获取多个文件；从预先获取的文件中读取超声波包括：依序从多个文件中读取超声波。 

具体地，可以预先设置数据文件夹的路径，按照该路径从数据文件夹中获取符合条件的文件，该文件可以为一个或多个，可以在LabVIEW的界面上设置起始时间和时间间隔，通过起始时间和时间间隔从数据文件夹中读取多个文件，然后依次提取各个文件夹中的超声波的数据。 

进一步地，上述实施例中进行参数提取的阈值也可以在该步骤中设置。 

在本发明的上述实施例中，在对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量之后，提取方法还可以包括：判断多个文件是否提取完；若文件提取完，则返回执行从预先获取的文件中读取超声波。 

进一步地，对超声波进行滤波处理得到滤波后的波形可以包括：对超声波进行带通滤波得到滤波后的波形，其中，进行带通滤波的频率为50k～400k赫兹。 

需要进一步地说明的是，提取所述超声波的峰值、相位、持续时间以及能量可以包括：保存超声波的峰值、相位、持续时间以及能量，生成TXT格式的文件；输出TXT格式的文件。 

下面将结合附图2详细介绍上述实施例，如图2所示，该实施例可以通过如下步骤实现： 

步骤S202：指定数据文件夹路径。 

步骤S204：获取数据文件夹中符合起始时间和时间间隔的文件。 

步骤S206：通过多个文件的文件名索引一个文件，并读取该文件中的超声波的数据。 

步骤S208：对超声波进行滤波处理得到滤波后的波形。 

步骤S210：从滤波后的波形中提取脉冲信号。 

步骤S212：计算脉冲信号的特征值。 

具体地，该步骤中的特征值可以包括：峰值dB、相位、持续时间/μs、能量以及次数编号。 

步骤S214：判断多个文件的超声波特征参数是否提取完成。 

若多个文件的超声波特征参数提取完成，则执行步骤S216；若多个文件的超声波特征参数提取未完成，则返回执行步骤S206，索引下一个文件。 

步骤S216：将分析结果以txt格式保存。 

具体地，可以将分析结果按照图3所示的txt格式保存，txt文件可以放置于原始数据文件夹的同级目录下。 

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。 

图4是根据本发明实施例的电缆局部放电的检测装置的示意图，如图4所示，该检测装置可以包括：读取模块10，用于从预先获取的文件中读取超声波；滤波模块30，用于对超声波进行滤波处理得到滤波后的波形；第一提取模块50，用于从滤波后的波形中提取脉冲波形；计算模块70，用于对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量；以及第二提取模块90，用于提取超声波的峰值、相位、持续时间以及能量。 

采用本发明，在使用LabVIEW获取到保存有超声波数据的文件之后，从文件中读取超声波，并显示在LabVIEW的界面上，然后对该超声波进行滤波之后提取脉冲波形，基于脉冲波形计算并提取特征值。通过上述实施例，解决了现有技术中无法提取的超声波特征参数的问题，实现了基于LabVIEW提取超声波特征参数的效果。 

在上述实施例中，可以通过能量累积法获取超声波的到达时间。具体地，获取脉冲信号的时间能量曲线，该曲线上的能量最小点对应的时间确定为到达时间，该到达时间可用LabVIEW编程自动读取，可大大减小人为误差的影响。 

其中的持续时间(duration time，又称延时，脉冲信号第一次超过门槛值到最后一次高于门槛值所经历的时间间隔；幅度(amplitude)，指从超声波信号的波形所得到的脉冲信号的最大值；超声事件计数(hits)，事件计数，当超声信号波形超过预置的门槛值时刻起，在规定的时间内，如果没有新的越过门槛值的信号形成的一个脉冲，即为一个事件计数hit。将所有被检测到的超声事件数进行累加，称为总事件计数，单位时间内的事件数目称为事件计数率；能量(energy)，超声信号的能量正比于超声波形的面积，通常用方均根电压Vrms或均方电压Vms来进行超声信号的能量测量，也可直接测量超声信号波形的面积。 

在执行上述实施例中的步骤S108的过程中，还可以计算脉冲信号的放电次数，具体地，当脉冲信号的幅值超过阈值后，便截取超过阈值的单独脉冲，若有6个脉冲，然后索引每个脉冲的下阈值点和下一个脉冲上阈值点，得到它们的参数间隔。如果参数间隔小于所设定HDT， 则将两个脉冲合并，继续判定；当参数间隔大于所设定HDT，则之前合并的脉冲即为一次放电，则脉冲1，2，3，4为一次放电，5，6为一次放电。 

根据本发明的上述实施例，提取装置可以包括：获取模块，用于在从预先获取的文件中读取超声波之前，按照预先设置的起始时间和时间间隔获取多个文件；读取模块包括：读取子模块，用于依序从多个文件中读取超声波。 

具体地，可以预先设置数据文件夹的路径，按照该路径从数据文件夹中获取符合条件的文件，该文件可以为一个或多个，可以在LabVIEW的界面上设置起始时间和时间间隔，通过起始时间和时间间隔从数据文件夹中读取多个文件，然后依次提取各个文件夹中的超声波的数据。 

进一步地，上述实施例中进行参数提取的阈值也可以在该步骤中设置。 

在本发明的上述实施例中，提取装置还可以包括：判断模块，用于在对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量之后，判断多个文件是否提取完；返回模块，用于若文件提取完，则返回执行从预先获取的文件中读取超声波。 

进一步地，滤波模块包括：滤波子模块，用于对超声波进行带通滤波得到滤波后的波形，其中，进行带通滤波的频率为50k～400k赫兹。 

具体地，第二提取模块可以包括：保存模块，用于在对脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量之后，保存超声波的峰值、相位、持续时间以及能量，生成TXT格式的文件；输出模块，用于输出TXT格式的文件 

具体地，可以将分析结果按照图3所示的txt格式保存，txt文件可以放置于原始数据文件夹的同级目录下。 

本实施例中所提供的各个模块与方法实施例对应步骤所提供的使用方法相同、应用场景也可以相同。当然，需要注意的是，上述模块涉及的方案可以不限于上述实施例一中的内容和场景，且上述模块可以运行在计算机终端或移动终端，可以通过软件或硬件实现。 

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果： 

采用本发明，在使用LabVIEW获取到保存有超声波数据的文件之后，从文件中读取超声波，并显示在LabVIEW的界面上，然后对该超声波进行滤波之后提取脉冲波形，基于脉冲波形计算并提取特征值。通过上述实施例，解决了现有技术中无法提取的超声波特征参数的问题，实现了基于LabVIEW提取超声波特征参数的效果。 

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种超声波特征参数的提取方法，其特征在于，包括：

从预先获取的文件中读取超声波；

对所述超声波进行滤波处理得到滤波后的波形；

从所述滤波后的波形中提取脉冲波形；

对所述脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量；

提取所述超声波的所述峰值、所述相位、所述持续时间以及所述能量。

2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，

在从预先获取的文件中读取超声波之前，所述提取方法包括：按照预先设置的起始时间和时间间隔获取多个所述文件；

从预先获取的文件中读取超声波包括：依序从多个所述文件中读取所述超声波。

3.根据权利要求2所述的提取方法，其特征在于，在对所述脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量之后，所述提取方法还包括：

判断多个所述文件是否提取完；

若所述文件提取完，则返回执行从预先获取的文件中读取超声波。

4.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，对所述超声波进行滤波处理得到滤波后的波形包括：

对所述超声波进行带通滤波得到所述滤波后的波形，其中，进行带通滤波的频率为50k～400k赫兹。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的提取方法，其特征在于，提取所述超声波的所述峰值、所述相位、所述持续时间以及所述能量包括：

保存所述超声波的峰值、所述相位、所述持续时间以及所述能量，生成TXT格式的文件；

输出所述TXT格式的文件。

6.一种超声波特征参数的提取装置，其特征在于，包括：

读取模块，用于从预先获取的文件中读取超声波；

滤波模块，用于对所述超声波进行滤波处理得到滤波后的波形；

第一提取模块，用于从所述滤波后的波形中提取脉冲波形；

计算模块，用于对所述脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量；

第二提取模块，用于提取所述超声波的所述峰值、所述相位、所述持续时间以及所述能量。

7.根据权利要求6所述的提取装置，其特征在于，

所述提取装置包括：获取模块，用于在从预先获取的文件中读取超声波之前，按照预先设置的起始时间和时间间隔获取多个所述文件；

所述读取模块包括：读取子模块，用于依序从多个所述文件中读取所述超声波。

8.根据权利要求7所述的提取装置，其特征在于，所述提取装置还包括：

判断模块，用于在对所述脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量之后，判断多个所述文件是否提取完；

返回模块，用于若所述文件提取完，则返回执行从预先获取的文件中读取超声波。

9.根据权利要求6所述的提取装置，其特征在于，所述滤波模块包括：

滤波子模块，用于对所述超声波进行带通滤波得到所述滤波后的波形，其中，进行带通滤波的频率为50k～400k赫兹。

10.根据权利要求6至9中任意一项所述的提取装置，其特征在于，所述第二提取模块还包括：

保存模块，用于在对所述脉冲波形进行特征值计算，得到超声波的峰值、相位、持续时间以及能量之后，保存所述超声波的峰值、所述相位、所述持续时间以及所述能量，生成TXT格式的文件；

输出模块，用于输出所述TXT格式的文件。