CN108120498B - 用于变压器声学在线监测的双通道输入信号合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于变压器声学在线监测的双通道输入信号合成方法，包括设定大增益通道的增益系数和小增益通道的增益系数；将输入的监测信号通过小增益通道进行放大；将通过小增益通道放大的信号再次通过大增益通道进行放大；判断二次放大的数据信号的值与AD转换系统的溢出值之间的大小；对二次放大的信号进行修正得到最终的合成信号。本发明方法在大增益输入数据有部分采样值溢出时，仍然采用大增益输入数据，通过小增益输入数据修复溢出的大增益数据，从而避免全部采用小增益输入数据的数值计算误差，保证了采样精度，使得采样精度更高，能够采样信号的范围也更广。

Description

用于变压器声学在线监测的双通道输入信号合成方法
技术领域
本发明具体涉及一种用于变压器声学在线监测的双通道输入信号合成方法。
背景技术
随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们日常生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，其在电力系统中的作用极其重要，是电力系统的核心部件之一。因此，变压器的状态监测，就成为了电力系统的重点研究课题之一。
目前，变压器的声学在线监测方法广泛应用于分析运行变压器是否存在早期故障。在该监测方法中，需要准确地采集频率范围为20～20000Hz，强度10～1000mg的宽范围高精度的变压器外壳上的声学振动信号。
在数据采集的过程中，信号采集要求的宽范围和高精度是对立的。目前，若采用高精度的AD转换装置，则随着精度的提高，AD转换装置的成本将会成倍的提升，由此带来的经济成本问题不可忽视。因此，现在常采用大增益和小增益配合的常规双通道输入方式，其结构如图1所示，大增益的输入采样精度高，但范围比较小，容易溢出；小增益输入采样范围大，但由于数值计算误差导致精度较低。图2(a)为大增益输入的采样值未溢出时的大增益输入的采样值，图2(b)为大增益输入的采样值未溢出时的小增益输入的采样值；图2(c)为大增益输入的采样值未溢出时的最终采样值示意图；图3(a)为大增益输入的采样值溢出时的大增益输入的采样值，图3(b)为大增益输入的采样值溢出时的小增益输入的采样值；图3(c)为大增益输入的采样值溢出时的最终采样值示意图。
通过图1～图3可以看到，若大增益输入的采样值未溢出，最终的采样值直接采用大增益输入的采样值；若大增益输入的采样值溢出，则直接采用小增益输入的采样值作为最终的采样值。
但是，目前的采样方法，在大增益输入通道溢出时只能采用小增益通道输入，降低了采集信号的精度，达不到对变压器进行声学在线监测的信号要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采样精度高、采样范围广的用于变压器声学在线监测的双通道输入信号合成方法。
本发明提供的这种用于变压器声学在线监测的双通道输入信号合成方法，包括如下步骤：
S1.设定大增益通道的增益系数Np和小增益通道的增益系数Mp；
S2.将输入的监测信号通过小增益通道进行放大；
S3.将步骤S2得到的通过小增益通道放大的信号再次通过大增益通道进行二次放大；
S4.判断步骤S3得到的二次放大的数据信号的值与AD转换系统的溢出值之间的大小；
S5.根据步骤S4得到的大小关系，对二次放大的信号进行修正，从而得到最终的合成信号。
步骤S5所述的对二次放大的信号进行修正，具体为采用如下规则进行修正：
若二次放大的信号小于AD转换系统的溢出值，则二次放大的信号作为最终的合成信号；
若二次放大的信号大于或等于AD转换系统的溢出值，则对二次放大的信号采用如下公式进行修正，并将修正后的信号作为最终的合成信号：
L＝IN*Mp*Np
式中L为最终的合成信号，IN为输入信号；Mp为小增益通道的增益系数，Np为大增益通道的增益系数。
步骤S5所述的对二次放大的信号进行修正，具体为采用如下规则进行修正：
若第i个输入的信号的二次放大的信号小于AD转换系统的溢出值，则将第i个输入的信号的二次放大的信号作为最终的第i个输入信号的合成信号；
若第i个输入的信号的二次放大的信号大于或等于AD转换系统的溢出值，则对第i个输入的信号的二次放大的信号采用如下公式进行修正，并将修正后的信号作为第i个输入的信号的最终的合成信号：
Li＝INi*Mp*Np
式中Li为第i个输入的信号的最终的合成信号，INi为第i个输入的信号；Mp为小增益通道的增益系数，Np为大增益通道的增益系数。
本发明提出的这种用于变压器声学在线监测的双通道输入信号合成方法，在大增益输入数据有部分采样值溢出时，仍然采用大增益输入数据，通过小增益输入数据修复溢出的大增益数据，从而避免全部采用小增益输入数据的数值计算误差，保证了采样精度，使得采样精度更高，能够采样信号的范围也更广。
附图说明
图1为现有技术的双通道输入方式的结构示意图。
图2为现有技术的大增益输入的采样值未溢出时的信号合成示意图。
图3为现有技术的大增益输入的采样值溢出时的信号合成示意图。
图4为本发明方法的方法流程图。
图5为本发明方法在大增益波形轻微溢出时的信号合成仿真结果示意图。
图6为本发明方法在大增益波形严重溢出时的信号合成仿真结果示意图。
具体实施方式
如图4所示为本发明方法的方法流程图：本发明提供的这种用于变压器声学在线监测的双通道输入信号合成方法，包括如下步骤：
S1.设定大增益通道的增益系数Np和小增益通道的增益系数Mp；
S2.将输入的监测信号通过小增益通道进行放大；
S3.将步骤S2得到的通过小增益通道放大的信号再次通过大增益通道进行二次放大；
S4.判断步骤S3得到的二次放大的数据信号的值与AD转换系统的溢出值之间的大小；
S5.根据步骤S4得到的大小关系，对二次放大的信号进行修正，从而得到最终的合成信号，具体为采用如下规则进行修正：
若二次放大的信号小于AD转换系统的溢出值，则二次放大的信号作为最终的合成信号；
若二次放大的信号大于或等于AD转换系统的溢出值，则对二次放大的信号采用如下公式进行修正，并将修正后的信号作为最终的合成信号：
L＝IN*Mp*Np
式中L为最终的合成信号，IN为输入信号；Mp为小增益通道的增益系数，Np为大增益通道的增益系数。
本发明方法在具体实施时，由于输入的信号为一系列信号，每一个输入的信号都需要进行放大和修正，因此可以采用如下进行优化后的步骤S5进行修正：
若第i个输入的信号的二次放大的信号小于AD转换系统的溢出值，则将第i个输入的信号的二次放大的信号作为最终的第i个输入信号的合成信号；
若第i个输入的信号的二次放大的信号大于或等于AD转换系统的溢出值，则对第i个输入的信号的二次放大的信号采用如下公式进行修正，并将修正后的信号作为第i个输入的信号的最终的合成信号：
Li＝INi*Mp*Np
式中Li为第i个输入的信号的最终的合成信号，INi为第i个输入的信号；Mp为小增益通道的增益系数，Np为大增益通道的增益系数。
为了验证本发明方法的有效性，针对标准的正弦波的输入信号，在大增益波形溢出情况下对大增益波形、小增益波形和本发明方法的合成波形进行比较。
如图5所示为在大增益波形轻微溢出时的信号合成仿真结果示意图：图中1为最终的合成波形，2为大增益波形，3为小增益波形；可以看到，此时大增益波形轻微溢出，在波峰附近具有一个削峰的效果，此时本发明提出的方法能够较好的还原正弦波形。
如图6所示为在大增益波形严重溢出时的信号合成仿真结果示意图：图中4为最终的合成波形，5为大增益波形，6为小增益波形；可以看到，此时大增益波形严重溢出，波峰被严重削减，此时本发明提出的方法能够较好的还原正弦波形，而若采用现有的方法，则最终的波形将严重失真，无法反映实际的输入信号的情况。

Claims (1)

1.一种用于变压器声学在线监测的双通道输入信号合成方法，包括如下步骤：
S1. 设定大增益通道的增益系数Np和小增益通道的增益系数Mp；
S2. 将输入的监测信号通过小增益通道进行放大；
S3. 将步骤S2得到的通过小增益通道放大的信号再次通过大增益通道进行二次放大；
S4. 判断步骤S3得到的二次放大的数据信号的值与AD转换系统的溢出值之间的大小；
S5. 根据步骤S4得到的大小关系，对二次放大的信号进行修正，从而得到最终的合成信号；具体为采用如下规则进行修正：
若第i个输入的信号的二次放大的信号小于AD转换系统的溢出值，则将第i个输入的信号的二次放大的信号作为最终的第i个输入信号的合成信号；
若第i个输入的信号的二次放大的信号大于或等于AD转换系统的溢出值，则对第i个输入的信号的二次放大的信号采用如下公式进行修正，并将修正后的信号作为第i个输入的信号的最终的合成信号：
Li=INi*Mp*Np
式中Li为第i个输入的信号的最终的合成信号，INi为第i个输入的信号；Mp为小增益通道的增益系数，Np为大增益通道的增益系数。
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