CN110388996B - 一种巴克豪森信号特征获取方法、装置、终端及存储介质 - Google Patents

一种巴克豪森信号特征获取方法、装置、终端及存储介质 Download PDF

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CN110388996B CN201910829332.3A CN201910829332A CN110388996B CN 110388996 B CN110388996 B CN 110388996B CN 201910829332 A CN201910829332 A CN 201910829332A CN 110388996 B CN110388996 B CN 110388996B
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Abstract

一种巴克豪森信号特征获取方法、装置、终端及存储介质。本申请通过以低频正弦信号的零点，将高频噪声信号划分为多个信号段，并通过将相邻信号段进行叠加以及信号波峰值进行叠加平均，平滑了由于噪声信号的随机性导致的波峰剧烈波动，从而提高了特征值提取的准确性，进而提高了应力测试的准确度，解决了现有基于巴克豪森效应的应力测试误差大的技术问题。

Description

一种巴克豪森信号特征获取方法、装置、终端及存储介质
技术领域
本申请涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种巴克豪森信号特征获取方法、装置、终端及存储介质。
背景技术
输电线路是电力输送的重要基础设施，其安全性关系到整个电网的稳定运行。其中输电塔安全是输电线路中极其重要的一部分，为此，需要时常对输电塔进行应力检测，以防止输电塔荷载过大导致倒塌事故的发生。
目前，通过输电塔的塔材在磁场作用下产生的巴克豪森效应(Magnet BarkhausenEffect，MBE)，基于铁磁材料在交变磁场下释放的巴克豪森噪声(Magnetic BarkhausenNoise，MBN)测量塔材的应力大小，但是巴克豪森噪声是一种高频的噪声信号，其波形存在明显的随机性，导致了现有基于巴克豪森效应的应力测试误差大的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种巴克豪森信号特征获取方法、装置、终端及存储介质，用于解决现有基于巴克豪森效应的应力测试误差大的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种巴克豪森信号特征获取方法，包括：
S1、对获取到的MBN信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到高频噪声信号和低频正弦信号；
S2、以所述低频正弦信号的零点为划分点，将所述高频噪声信号划分为连续的若干个信号段；
S3、基于各个信号段的顺序关系，将第一信号段与第二信号段进行信号叠加，得到叠加后的第一信号段，其中，所述第一信号段为除起始信号段以外的信号段，所述第二信号段为所述第一信号段的前一个信号段；
S4、提取所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值；
S5、根据第一信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第一平均波峰值，所述第一信号波峰值累加和为所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；
S6、根据第二信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第二平均波峰值，所述第二信号波峰值累加和为所述叠加后的第二信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；
S7、判断第一平均波峰值和第二平均波峰值的相对误差是否小于预置的误差阈值，若是，则将所述第一平均波峰值设为MBN信号的特征值，若否，则将所述第一信号段的下一个信号段设为第一信号段，并返回步骤S3。
可选地，所述步骤S1具体包括：
S11、根据预置的第一截止频率，对获取到的MBN信号进行高通滤波，得到高频噪声信号；
S12、根据预置的第二截止频率，对所述MBN信号进行低通滤波，得到低频正弦信号。
可选地，所述步骤S2之后还包括：
S21：对各个所述信号段进行取绝对值预处理。
可选地，所述第一截止频率大于1KHz。
可选地，所述第二截止频率大于所述低频正弦信号的两倍。
本申请第二方面提供了一种巴克豪森信号特征获取装置，包括：
信号滤波单元，用于对获取到的MBN信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到高频噪声信号和低频正弦信号；
信号段划分单元，用于以所述低频正弦信号的零点为划分点，将所述高频噪声信号划分为连续的若干个信号段；
信号叠加单元，用于基于各个信号段的顺序关系，将第一信号段与第二信号段进行信号叠加，得到叠加后的第一信号段，其中，所述第一信号段为除起始信号段以外的信号段，所述第二信号段为所述第一信号段的前一个信号段；
波峰值提取单元，用于提取所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值；
第一平均波峰值计算单元，用于根据第一信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第一平均波峰值，所述第一信号波峰值累加和为所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；
第二平均波峰值计算单元，用于根据第二信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第二平均波峰值，所述第二信号波峰值累加和为所述叠加后的第二信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；
误差阈值判断单元，用于判断第一平均波峰值和第二平均波峰值的相对误差是否小于预置的误差阈值，若是，则将所述第一平均波峰值设为MBN信号的特征值，若否，则将所述第一信号段的下一个信号段设为第一信号段，并重新触发信号叠加单元。
可选地，所述信号滤波单元具体包括：
高频信号滤波子单元，用于根据预置的第一截止频率，对获取到的MBN信号进行高通滤波，得到高频噪声信号；
低频信号滤波子单元，用于根据预置的第二截止频率，对所述MBN信号进行低通滤波，得到低频正弦信号。
可选地，还包括：
信号预处理单元，用于对各个所述信号段进行取绝对值预处理。
本申请第三方面提供了一种终端，存储器和处理器；
所述存储器用于存储与如本申请第一方面所述的一种巴克豪森信号特征获取方法对应的程序代码；
所述处理器用于执行所述程序代码。
本申请第四方面提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有如本申请第一方面所述的一种巴克豪森信号特征获取方法对应的程序代码。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请第一方面提供了一种巴克豪森信号特征获取方法，包括：S1、对获取到的MBN信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到高频噪声信号和低频正弦信号；S2、以所述低频正弦信号的零点为划分点，将所述高频噪声信号划分为连续的若干个信号段；S3、基于各个信号段的顺序关系，将第一信号段与第二信号段进行信号叠加，得到叠加后的第一信号段，其中，所述第一信号段为除起始信号段以外的信号段，所述第二信号段为所述第一信号段的前一个信号段；S4、提取所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值；S5、根据第一信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第一平均波峰值，所述第一信号波峰值累加和为所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；S6、根据第二信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第二平均波峰值，所述第二信号波峰值累加和为所述叠加后的第二信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；S7、判断第一平均波峰值和第二平均波峰值的相对误差是否小于预置的误差阈值，若是，则将所述第一平均波峰值设为MBN信号的特征值，若否，则将所述第一信号段的下一个信号段设为第一信号段，并返回步骤S3。
本申请通过以低频正弦信号的零点，将高频噪声信号划分为多个信号段，并通过将相邻信号段进行叠加以及信号波峰值进行叠加平均，平滑了由于噪声信号的随机性导致的波峰剧烈波动，从而提高了特征值提取的准确性，进而提高了应力测试的准确度，解决了现有基于巴克豪森效应的应力测试误差大的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请提供的一种巴克豪森信号特征获取方法的第一个实施例的流程示意图；
图2为本申请提供的一种巴克豪森信号特征获取方法的第二个实施例的流程示意图；
图3为本申请提供的一种巴克豪森信号特征获取装置的第一个实施例的结构示意图；
图4为本申请通过对MBN信号进行滤波后得到的高频噪声信号和低频正弦信号的波形图；
图5为本申请经过取绝对值预处理后的高频噪声信号的波形图；
图6为本申请对高频噪声信号叠加10次后的信号波形效果示意图；。
图7为本申请对高频噪声信号叠加100次后的信号波形效果示意图；
图8为本申请对高频噪声信号叠加200次后的信号波形效果示意图；
图9为本申请对高频噪声信号叠加300次后的信号波形效果示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种巴克豪森信号特征获取方法、装置、终端及存储介质，用于解决现有基于巴克豪森效应的应力测试误差大的技术问题。
目前，通过输电塔的塔材在磁场作用下产生的巴克豪森效应(Magnet BarkhausenEffect，MBE)，基于铁磁材料在交变磁场下释放的巴克豪森噪声(Magnetic BarkhausenNoise，MBN)测量塔材的应力大小，但是巴克豪森噪声是一种高频的噪声信号，使用时，提取一个峰值较为合理MBN信号的波峰或是包络线波峰等作为特征值进行计算，但是其波形存在明显的随机性，波峰起伏较大，导致了现有基于巴克豪森效应的应力测试误差大的技术问题。
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1、图4至图9，本申请实施例提供了一种巴克豪森信号特征获取方法，包括：
步骤101、对获取到的MBN信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到高频噪声信号和低频正弦信号。
需要说明的是，对接收到的MBN信号分别采用高通滤波器和低通滤波器进行滤波，得到高频噪声信号和低频正弦信号。
步骤102、以低频正弦信号的零点为划分点，将高频噪声信号划分为连续的若干个信号段。
需要说明的是，通过搜索低频正弦信号的零点，以低频信号的过零点作为分界点，将高频MBN噪声信号划分为多个信号段，其中，这些信号段在时间上是连续的。
步骤103、基于各个信号段的顺序关系，将第一信号段与第二信号段进行信号叠加，得到叠加后的第一信号段。
其中，第一信号段为除起始信号段以外的信号段，即第N个信号段，N大于0，而第二信号段为第一信号段的前一个信号段，即第N-1个信号段。
假设通过步骤102划分出两个连续信号段，f0(起始信号段)、f1，此时，步骤103的执行过程为：首先，确定第一信号段f1，则叠加后的第一信号段F1＝f1+f0，此时的信号段应更改为f0、F1，叠加次数N即为1，后续的叠加过程以此类推。且如图6至图9所示，当随着叠加次数的增加，信号的毛刺逐渐减少，即噪声信号中的高频部分逐渐减少，更有利于MBN信号特征的准确获取。
步骤104、提取叠加后的第一信号段至起始信号段的信号波峰值。
步骤105、根据第一信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第一平均波峰值，第一信号波峰值累加和为叠加后的第一信号段至起始信号段的信号波峰值的累加和。
步骤106、根据第二信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第二平均波峰值，第二信号波峰值累加和为叠加后的第二信号段至起始信号段的信号波峰值的累加和。
步骤107、判断第一平均波峰值和第二平均波峰值的相对误差是否小于预置的误差阈值，若是，则执行步骤108，若否，则执行步骤109。
步骤108、将第一平均波峰值设为MBN信号的特征值。
步骤109、将第一信号段的下一个信号段设为第一信号段，并返回步骤103。
需要说明的是，在信号段的叠加过程中，同时搜索叠加后的信号段的波峰值Hi，并采用以下计算公式(1)对波峰值进行叠加平均，直到第N个波峰值与第N-1个波峰值之间的相对误差小于预置的误差阈值，则完成信号采集，并将HN作为MBN信号的特征值。
Figure BDA0002190141660000071
|HN-HN-1|≤x％ (2)
式中，Hi为叠加后的信号段的波峰值，HN为第N个波峰值，HN-1为第N-1个波峰值，N为叠加次数，x％为预置的相对误差大小。
通过本申请实施例提供的方法，对MBN信号进行叠加平均，可以降低MBN信号波动导致的测量误差，可以获得较高精度的MBN信号特征值，以便于基于利用优化后的MBN信号特征值，实现对实际的输电塔应力的精确测量。
以上为本申请提供的一种巴克豪森信号特征获取方法的第一个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种巴克豪森信号特征获取方法的第二个实施例的详细说明。
请参阅图2，在本申请第一个实施例的基础上，本实施例中的步骤101具体包括：
步骤1011、根据预置的第一截止频率，对获取到的MBN信号进行高通滤波，得到高频噪声信号；
步骤1012、根据预置的第二截止频率，对MBN信号进行低通滤波，得到低频正弦信号。
通过使用设定为第一截止频率高通滤波器对MBN信号滤波后得到高频的MBN信号，使用设定为第二截止频率的低通滤波器对MBN信号滤波得到频率为f的低频正弦信号。
其中，第一截止频率大于1KHz，第二截止频率大于2f，频率f的范围优选在0.1-100Hz之间。
另外，在步骤102之后还包括：步骤1021。
步骤1021、对各个信号段进行取绝对值预处理。
以上为本申请提供的一种巴克豪森信号特征获取方法的第二个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种巴克豪森信号特征获取装置的第一个实施例的详细说明。
请参阅图3，本申请实施例提供了一种巴克豪森信号特征获取装置，包括：
信号滤波单元301，用于对获取到的MBN信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到高频噪声信号和低频正弦信号；
信号段划分单元302，用于以低频正弦信号的零点为划分点，将高频噪声信号划分为连续的若干个信号段；
信号叠加单元303，用于基于各个信号段的顺序关系，将第一信号段与第二信号段进行信号叠加，得到叠加后的第一信号段，其中，第一信号段为除起始信号段以外的信号段，第二信号段为第一信号段的前一个信号段；
波峰值提取单元304，用于提取叠加后的第一信号段至起始信号段的信号波峰值；
第一平均波峰值计算单元305，用于根据第一信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第一平均波峰值，第一信号波峰值累加和为叠加后的第一信号段至起始信号段的信号波峰值的累加和；
第二平均波峰值计算单元306，用于根据第二信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第二平均波峰值，第二信号波峰值累加和为叠加后的第二信号段至起始信号段的信号波峰值的累加和；
误差阈值判断单元307，用于判断第一平均波峰值和第二平均波峰值的相对误差是否小于预置的误差阈值，若是，则将第一平均波峰值设为MBN信号的特征值，若否，则将第一信号段的下一个信号段设为第一信号段，并重新触发信号叠加单元。
进一步地，信号滤波单元具体包括：
高频信号滤波子单元，用于根据预置的第一截止频率，对获取到的MBN信号进行高通滤波，得到高频噪声信号；
低频信号滤波子单元，用于根据预置的第二截止频率，对MBN信号进行低通滤波，得到低频正弦信号。
进一步地，还包括：
信号预处理单元308，用于对各个信号段进行取绝对值预处理。
另外，除了上述实施例提供的巴克豪森信号特征获取装置，本申请还提供了一种应用与本申请第一个实施例和第二个实施例的方法的终端和存储介质。
本申请实施例还提供了一种终端，存储器和处理器；
存储器用于存储与如本申请第一个实施例和第二个实施例的一种巴克豪森信号特征获取方法对应的程序代码；
处理器用于执行程序代码。
本申请实施例提供了一种存储介质，存储介质中存储有如本申请第一个实施例和第二个实施例的一种巴克豪森信号特征获取方法对应的程序代码。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
本申请的说明书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)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，以便这里描述的本申请的实施例例如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。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种巴克豪森信号特征获取方法，其特征在于，包括：
S1、对获取到的MBN信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到高频噪声信号和低频正弦信号；
S2、以所述低频正弦信号的零点为划分点，将所述高频噪声信号划分为连续的若干个信号段；
S3、基于各个信号段的顺序关系，将第一信号段与第二信号段进行信号叠加，得到叠加后的第一信号段，其中，所述第一信号段为除起始信号段以外的信号段，所述第二信号段为所述第一信号段的前一个信号段；
S4、若所述第二信号段不为所述起始信号段，则提取所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值，若所述第二信号段为所述起始信号段，则将所述第一信号段的下一个信号段设为第一信号段，并返回步骤S3；
S5、根据第一信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第一平均波峰值，所述第一信号波峰值累加和为所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；
S6、根据第二信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第二平均波峰值，所述第二信号波峰值累加和为所述叠加后的第二信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；
S7、判断第一平均波峰值和第二平均波峰值的相对误差是否小于预置的误差阈值，若是，则将所述第一平均波峰值设为MBN信号的特征值，若否，则将所述第一信号段的下一个信号段设为第一信号段，并返回步骤S3。
2.根据权利要求1所述的一种巴克豪森信号特征获取方法，其特征在于，所述S1具体包括：
S11、根据预置的第一截止频率，对获取到的MBN信号进行高通滤波，得到高频噪声信号；
S12、根据预置的第二截止频率，对所述MBN信号进行低通滤波，得到低频正弦信号。
3.根据权利要求1所述的一种巴克豪森信号特征获取方法，其特征在于，所述S2之后还包括：
S21：对各个所述信号段进行取绝对值预处理。
4.根据权利要求2所述的一种巴克豪森信号特征获取方法，其特征在于，所述第一截止频率大于1KHz。
5.根据权利要求2所述的一种巴克豪森信号特征获取方法，其特征在于，所述第二截止频率大于所述低频正弦信号的两倍。
6.一种巴克豪森信号特征获取装置，其特征在于，包括：
信号滤波单元，用于对获取到的MBN信号分别进行高通滤波和低通滤波，得到高频噪声信号和低频正弦信号；
信号段划分单元，用于以所述低频正弦信号的零点为划分点，将所述高频噪声信号划分为连续的若干个信号段；
信号叠加单元，用于基于各个信号段的顺序关系，将第一信号段与第二信号段进行信号叠加，得到叠加后的第一信号段，其中，所述第一信号段为除起始信号段以外的信号段，所述第二信号段为所述第一信号段的前一个信号段；
波峰值提取单元，用于若所述第二信号段不为所述起始信号段，则提取所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值，若所述第二信号段为所述起始信号段，则将所述第一信号段的下一个信号段设为第一信号段，并重新触发信号叠加单元；
第一平均波峰值计算单元，用于根据第一信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第一平均波峰值，所述第一信号波峰值累加和为所述叠加后的第一信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；
第二平均波峰值计算单元，用于根据第二信号波峰值累加和与信号段叠加次数的比值，得到第二平均波峰值，所述第二信号波峰值累加和为所述叠加后的第二信号段至所述起始信号段的信号波峰值的累加和；
误差阈值判断单元，用于判断第一平均波峰值和第二平均波峰值的相对误差是否小于预置的误差阈值，若是，则将所述第一平均波峰值设为MBN信号的特征值，若否，则将所述第一信号段的下一个信号段设为第一信号段，并重新触发信号叠加单元。
7.根据权利要求6所述的一种巴克豪森信号特征获取装置，其特征在于，所述信号滤波单元具体包括：
高频信号滤波子单元，用于根据预置的第一截止频率，对获取到的MBN信号进行高通滤波，得到高频噪声信号；
低频信号滤波子单元，用于根据预置的第二截止频率，对所述MBN信号进行低通滤波，得到低频正弦信号。
8.根据权利要求6所述的一种巴克豪森信号特征获取装置，其特征在于，还包括：
信号预处理单元，用于对各个所述信号段进行取绝对值预处理。
9.一种终端，其特征在于，存储器和处理器；
所述存储器用于存储与如权利要求1至5任一项所述的一种巴克豪森信号特征获取方法对应的程序代码；
所述处理器用于执行所述程序代码。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有如权利要求1至5任一项所述的一种巴克豪森信号特征获取方法对应的程序代码。
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巴克豪森信号特征提取及应用;杨孟交;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20180315(第03期);全文 *

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