CN111007369A - 一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法和装置，通过传感器同时采集目标电力设备局部放电的超高频电磁波信号，对得到的2个以上的超高频电磁波单次波形中的2个超高频电磁波单次波形进行去噪；对去噪后的2个所述超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值；对得到的2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合；基于得到的2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差，解决了现有的超高频电磁波信号到达时间差计算方法存在的计算结果误差大，影响定位精度的技术问题。

Description

一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法和装置

技术领域

本申请涉及超高频电磁波信号技术领域，尤其涉及一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法和装置。

背景技术

电力设备的绝缘材料是保证电力设备正常运行的重要组件，但是绝缘材料在强电场作用下老化或绝缘材料加工缺陷，导致电力设备运行中绝缘材料内部会出现局部放电，而局部放电会加速绝缘材料的老化，从而导致电力设备寿命缩短，所以尽早发现局部放电的位置，有助于降低电力设备事故发生率，保证电力设备正常运行。

局部放电脉冲电流信号为ns级脉冲信号，其激发的超高频电磁波信号同样为宽频带信号，带宽从几十MHz到GHz，通过计算多个同时采集的局部放电的电磁波信号的到达时间差可以进行局部放电定位。目前基于空间或长直筒中电磁波信号的局部放电定位，大多通过肉眼判断到达时间差，但也有利用单次波形的波峰值判断到达时间差。利用波峰确定电磁波信号的到达时间，当信噪比较低或幅值信号较小时，计算得到的时间差的误差较大，影响定位精度的问题。

发明内容

本申请提供了一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法和装置，用于解决现有的超高频电磁波信号到达时间差计算方法存在的计算结果误差大，影响定位精度的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法，包括：

通过2个以上传感器同时采集目标电力设备局部放电的超高频电磁波信号，得到2个以上的超高频电磁波单次波形；

对2个以上的所述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形进行去噪；

对去噪后的2个所述超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个所述超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线；

对所述2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线；

基于所述2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

优选地，所述基于所述2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差，之后还包括：

根据所述超高频电磁波信号到达时间差定位所述目标电力设备的局部放电位置。

优选地，所述对去噪后的2个所述超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个所述超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线之后，所述对所述2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线之前，还包括：

对所述2条幅值累计曲线的幅值分别进行归一化处理。

优选地，所述对2个以上的上述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形分别进行去噪，包括：

基于小波分解对2个以上的所述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形进行去噪。

优选地，所述基于所述2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差，包括：

计算所述2条拟合直线每个相同幅值对应的2个时间的时间差，得到若干个时间差；

将所述若干个时间差的中间值除以采样率，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

本申请第二方面提供了一种超高频电磁波信号到达时间差计算装置，包括：

采集模块，用于通过2个以上传感器同时采集目标电力设备局部放电的超高频电磁波信号，得到2个以上的超高频电磁波单次波形；

去噪模块，用于对2个以上的所述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形进行去噪；

第一计算模块，用于对去噪后的2个所述超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个所述超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线；

拟合模块，用于对所述2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线；

第二计算模块，用于基于所述2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

优选地，还包括：

定位模块，用于根据所述超高频电磁波信号到达时间差定位所述目标电力设备的局部放电位置。

优选地，还包括：

归一化处理模块，用于对所述2条幅值累计曲线的幅值分别进行归一化处理。

优选地，所述去噪模块具体用于：

基于小波分解对2个以上的所述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形进行去噪。

优选地，所述第二计算模块具体用于：

计算所述2条拟合直线每个相同幅值对应的2个时间的时间差，得到若干个时间差；

将所述若干个时间差的中间值除以采样率，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法，包括：通过2个以上传感器同时采集目标电力设备局部放电的超高频电磁波信号，得到2个以上的超高频电磁波单次波形；对2个以上的超高频电磁波单次波形中的2个超高频电磁波单次波形进行去噪；对去噪后的2个超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线；对2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线；基于2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

本申请中的超高频电磁波信号到达时间差计算方法，通过2个以上的传感器同时采集局部放电的超高频电磁波信号，对采集的采集局部放电的超高频电磁波信号中的2个超高频电磁波信号分别进行去噪处理，提高了超高频电磁波信号的信噪比，剔除了高频信号的干扰，有助于提高超高频电磁波信号到达时间差的计算精度；对去噪后的2个超高频电磁波单次波形进行绝对值处理和计算幅值累计值，对得到的2条幅值累计曲线中预置区间的点分别进行一次线性拟合，从而根据得到的两条拟合直线计算时间差，避免了幅值信号较小时，计算得到的时间差误差较大，解决了现有的超高频电磁波信号到达时间差计算方法存在的计算结果误差大，影响定位精度的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法的一个流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法的另一个流程示意图；

图3为本申请实施例提供的一种超高频电磁波信号到达时间差计算装置的一个结构示意图；

图4为本申请实施例中提供的去噪前的超高频电磁波单次波形示意图；

图5为本申请实施例中提供的去噪后的超高频电磁波单次波形的细节示意图；

图6为本申请实施例中提供的归一化后的幅值累计曲线示意图；

图7为本申请实施例中提供的拟合直线示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法的一个实施例，包括：

步骤101、通过2个以上传感器同时采集目标电力设备局部放电的超高频电磁波信号，得到2个以上的超高频电磁波单次波形。

步骤102、对2个以上的超高频电磁波单次波形中的2个超高频电磁波单次波形进行去噪。

需要说明的是，在得到的2个以上的超高频电磁波单次波形中随机选取2个超高频电磁波单次波形，并对选取的2个超高频电磁波单次波形分别进行去噪处理，可以采用小波分解进行去噪。

步骤103、对去噪后的2个超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线。

需要说明的是，幅值的累计值的计算公式为：

其中，u_i为超高频电磁波单次波形的第i点的幅值，N为采样点数，为大于0的自然数，y_i为第i个采样点之前的幅值之和。

步骤104、对2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线。

需要说明的是，可以选取幅值累计曲线中某上升段为预置区间。

步骤105、基于2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

需要说明的是，计算2条拟合直线每个相同幅值对应的2个时间的时间差，得到若干个时间差；将若干个时间差的中间值除以采样率，得到目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

本申请实施例中的超高频电磁波信号到达时间差计算方法，通过2个以上的传感器同时采集局部放电的超高频电磁波信号，对采集的采集局部放电的超高频电磁波信号中的2个超高频电磁波信号分别进行去噪处理，提高了超高频电磁波信号的信噪比，剔除了高频信号的干扰，有助于提高超高频电磁波信号到达时间差的计算精度；对去噪后的2个超高频电磁波单次波形进行绝对值处理和计算幅值累计值，对得到的2条幅值累计曲线中预置区间的点分别进行一次线性拟合，从而根据得到的两条拟合直线计算时间差，避免了幅值信号较小时，计算得到的时间差误差较大，解决了现有的超高频电磁波信号到达时间差计算方法存在的计算结果误差大，影响定位精度的技术问题。

为了便于理解，请参阅图2，本申请提供的一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法的另一个实施例，包括：

步骤201、通过2个以上传感器同时采集目标电力设备局部放电的超高频电磁波信号，得到2个以上的超高频电磁波单次波形。

步骤202、基于小波分解对2个以上的超高频电磁波单次波形中的2个超高频电磁波单次波形进行去噪。

需要说明的是，在得到的2个以上的超高频电磁波单次波形中随机选取2个超高频电磁波单次波形，并对选取的2个超高频电磁波单次波形分别进行去噪处理，可以采用小波分解进行去噪，可以参考图4和图5，选取小波分解的层数为5层，母小波选用db7，db10或db11；对得到的2个超高频电磁波单次波形分别进行5层小波分解；提取小波分解的相似系数a，重构高频电磁波单次波形，分别得到去噪后的2个超高频电磁波单次波形，对如图4所示的超高频电磁波单次波形进行小波分解去噪声，得到去噪后的超高频电磁波单次波形，其中，图5为该去噪后的超高频电磁波单次波形的细节示意图。本申请实施例选取适当的母小波和分解层数，对超高频电磁波单次波形进行小波去噪，利用相似系数a重构超高频电磁波单次波形，在保留主要信息的同时，提高了信号的信噪比，且剔除了高频信号的干扰，有助于提高超高频电磁波信号到达时间差的计算精度，进而提高了定位精度。

步骤203、对去噪后的2个超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线。

需要说明的是，假设2个超高频电磁波单次波形分别表示为UHF_1dn和UHF_2dn，对2个超高频电磁波单次波形分别进行绝对值处理，对绝对值处理后的UHF_1dn和UHF_2dn分别计算幅值的累计值，计算公式为：

其中，u_i为超高频电磁波单次波形的第i点的幅值，N为采样点数，为大于0的自然数，y_i为第i个采样点之前的幅值之和，即第i个采样点的幅值累计值，对得到的2条幅值累计曲线的幅值分别进行归一化处理，得到2条归一化后的幅值累计曲线UHF₁和UHF₂，归一化后的一条幅值累计曲线可以参考图6，归一化处理公式为：

其中，y_i第i个采样点的幅值累计值，为y_max为最大的幅值累计值，对幅值累计曲线进行归一化处理，有助于减少误差，提高计算精度；通过归一化后的累计幅值曲线能够体现时间差的特点，得到能够反映到达时间差的两条直线，从而实现时间差的计算。

步骤204、对2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线。

需要说明的是，可以参考图7，选取归一化后的2条幅值累计曲线UHF₁和UHF₂纵坐标的预置区间为[m，n]，对应的横坐标区间为[x_1a，x_1b]，[x_2a，x_2b]，可以选取幅值累计曲线中上升段为预置区间；确定拟合曲线表达式为y＝a·x+b，利用最小二乘法计算归一化后的2条幅值累计曲线UHF₁和UHF₂的拟合直线参数a₁、b₁和a₂、b₂，得到2条拟合直线，分别为：

L₁:y＝a₁x+b₁；

L₂：y＝a₂x+b₂。

步骤205、基于2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

需要说明的是，计算2条拟合直线每个相同幅值对应的2个时间的时间差，得到若干个时间差，具体为，选取幅值在预置区间[m，n]的若干个y_i，具体选取方式可以为：

y_i+1＝y_i+0.01,y₀＝m,y_N＝n，i＝0,1,…,N-1；

将选取得到的y_i分别代入到前述拟合得到2条拟合直线L₁、L₂的公式中，计算得到{x_1i}和{x_2i}，计算相同y_i对应的x_1i、x_2i的时间差Δx_i，得到1组序列{Δx_i}，其中，Δx_i＝x_2i-x_1i；将若干个时间差{Δx_i}的中间值Δx除以采样率f_s，得到目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差，即

Δt＝Δx/f_s。

本申请实施例中通过引入中间值，能够排除异常值对计算到达时间差的干扰。

步骤206、根据超高频电磁波信号到达时间差定位目标电力设备的局部放电位置。

需要说明的是，根据超高频电磁波信号到达时间差定位目标电力设备的局部放电位置属于现有技术，在此不再对根据超高频电磁波信号到达时间差对目标电力设备的局部放电位置进行定位的具体过程进行赘述。根据实验测量的多次测量结果，到达时间差的最小平均计算误差可以达到0.37ns，最大平均计算误差为0.75ns，在此基础上根据两个超高频电磁波信号到达时间差定位的平均误差可小于30cm。

为了便于理解，请参阅图3，本申请提供的一种超高频电磁波信号到达时间差计算装置的一个实施例，包括：

采集模块301，用于通过2个以上传感器同时采集目标电力设备局部放电的超高频电磁波信号，得到2个以上的超高频电磁波单次波形。

去噪模块302，用于对2个以上的超高频电磁波单次波形中的2个超高频电磁波单次波形进行去噪。

第一计算模块303，用于对去噪后的2个超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线。

拟合模块304，用于对2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线。

第二计算模块305，用于基于2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

进一步地，还包括：

定位模块306，用于根据超高频电磁波信号到达时间差定位目标电力设备的局部放电位置。

进一步地，还包括：

归一化处理模块307，用于对2条幅值累计曲线的幅值分别进行归一化处理。

进一步地，去噪模块302具体用于：

基于小波分解对2个以上的超高频电磁波单次波形中的2个超高频电磁波单次波形进行去噪。

进一步地，第二计算模块305具体用于：

计算2条拟合直线每个相同幅值对应的2个时间的时间差，得到若干个时间差

将若干个时间差的中间值除以采样率，得到目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，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。

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，在本申请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，本申请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，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请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(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、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)

1.一种超高频电磁波信号到达时间差计算方法，其特征在于，包括：

通过2个以上传感器同时采集目标电力设备局部放电的超高频电磁波信号，得到2个以上的超高频电磁波单次波形；

对2个以上的所述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形进行去噪；

对去噪后的2个所述超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个所述超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线；

对所述2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线；

基于所述2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

2.根据权利要求1所述的超高频电磁波信号到达时间差计算方法，其特征在于，所述基于所述2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差，之后还包括：

根据所述超高频电磁波信号到达时间差定位所述目标电力设备的局部放电位置。

3.根据权利要求1所述的超高频电磁波信号到达时间差计算方法，其特征在于，所述对去噪后的2个所述超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个所述超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线之后，所述对所述2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线之前，还包括：

对所述2条幅值累计曲线的幅值分别进行归一化处理。

4.根据权利要求1所述的超高频电磁波信号到达时间差计算方法，其特征在于，所述对2个以上的上述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形分别进行去噪，包括：

基于小波分解对2个以上的所述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形进行去噪。

5.根据权利要求1所述的超高频电磁波信号到达时间差计算方法，其特征在于，所述基于所述2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差，包括：

计算所述2条拟合直线每个相同幅值对应的2个时间的时间差，得到若干个时间差；

将所述若干个时间差的中间值除以采样率，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

6.一种超高频电磁波信号到达时间差计算装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于通过2个以上传感器同时采集目标电力设备局部放电的超高频电磁波信号，得到2个以上的超高频电磁波单次波形；

去噪模块，用于对2个以上的所述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形进行去噪；

第一计算模块，用于对去噪后的2个所述超高频电磁波单次波形的幅值分别进行绝对值处理，并对绝对值处理后的2个所述超高频电磁波单次波形分别计算幅值的累计值，分别得到2条幅值累计曲线；

拟合模块，用于对所述2条幅值累计曲线中的预置区间的点分别进行一次线性拟合，得到2条拟合直线；

第二计算模块，用于基于所述2条拟合直线计算每个相同幅值下的时间差，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

7.根据权利要求6所述的超高频电磁波信号到达时间差计算装置，其特征在于，还包括：

定位模块，用于根据所述超高频电磁波信号到达时间差定位所述目标电力设备的局部放电位置。

8.根据权利要求6所述的超高频电磁波信号到达时间差计算装置，其特征在于，还包括：

归一化处理模块，用于对所述2条幅值累计曲线的幅值分别进行归一化处理。

9.根据权利要求6所述的超高频电磁波信号到达时间差计算装置，其特征在于，所述去噪模块具体用于：

基于小波分解对2个以上的所述超高频电磁波单次波形中的2个所述超高频电磁波单次波形进行去噪。

10.根据权利要求6所述的超高频电磁波信号到达时间差计算装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于：

计算所述2条拟合直线每个相同幅值对应的2个时间的时间差，得到若干个时间差；

将所述若干个时间差的中间值除以采样率，得到所述目标电力设备的超高频电磁波信号到达时间差。

Images