CN111160315B - 一种支柱绝缘子固有频带的获取方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种支柱绝缘子固有频带的获取方法及装置，在该方法中，首先根据预设的采样频率，采集正常支柱绝缘子的振动信号，对所述振动信号进行小波包分解，获取多层小波树，根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带，获取所述各个节点频带的能量占比，进而获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值，根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带。由于固有频带为针对若干正常支柱绝缘子所获取的频带范围，因此通过本申请获取的固有频带来判断支柱绝缘子是否存在缺陷，能够提高判定结果的准确度。

Description

一种支柱绝缘子固有频带的获取方法及装置
技术领域
本申请涉及电力设备故障监测技术领域，尤其涉及一种支柱绝缘子固有频带的获取方法及装置。
背景技术
支柱绝缘子常用于电器设备的结构支撑和绝缘，支柱绝缘子在运行中如果长期受到循环热应力、机械冲击和环境侵蚀的作用，可能会产生各类缺陷。当支柱绝缘子出现水泥脱胶、瓷体裂纹等缺陷时，其固有频率会发生变化。目前，一般使用振动声学检测法来获取被测支柱绝缘子的固有频率，然后将其与正常支柱绝缘子的固有频率进行比对，来判断被测支柱绝缘子是否存在缺陷。
但是，不同的支柱绝缘子在生产过程中，受制造工艺、制造材料、形状等各种因素的影响，其固有频率本身就存在或多或少的差异，即使两个都是正常支柱绝缘子，它们的固有频率也可能会存在差异，所以在判断被测支柱绝缘子是否存在缺陷时，将正常支柱绝缘子的固有频率作为唯一评判标准，其判定结果将存在一定的误差。
发明内容
为了解决在判断被测支柱绝缘子是否存在缺陷时，将正常支柱绝缘子的固有频率作为唯一评判标准，其判定结果将存在一定的误差的问题，本申请通过以下实施例公开了一种支柱绝缘子固有频带的获取方法及装置。
本申请第一方面公开了一种支柱绝缘子固有频带的获取方法，包括：
根据预设的采样频率，采集正常支柱绝缘子的振动信号；
对所述振动信号进行小波包分解，获取多层小波树；
根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带；
获取所述各个节点频带的能量占比，所述各个节点频带的能量占比为各个节点频带的能量与总能量之间的比值，所述总能量为所述最后一层小波树所有频带的总能量；
获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值；
根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带，所述固有频带用于测定支柱绝缘子是否存在缺陷。
可选的，所述多层小波树的层数不小于3层。
可选的，所述根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带，包括：
获取所述多层小波树的层数；
根据所述多层小波树的层数，获取所述最后一层小波树的节点数；
根据所述节点数，对所述采样频率进行分段，获取所述最后一层小波树的各个节点频带。
可选的，所述获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值，包括：
通过以下公式，获取所述若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值：
Figure BDA0002355333640000021
其中，m表示第m个节点，
Figure BDA0002355333640000022
表示第m个节点频带的能量占比平均值，n表示所述若干正常支柱绝缘子的数量，Enm表示第n个正常支柱绝缘子的第m个节点频带的能量占比。
可选的，所述根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带，包括：
获取所述各个节点频带的能量占比平均值中的最大值；
将所述最大值对应的节点频带设置为所述支柱绝缘子的固有频带。
本申请第二方面公开了一种支柱绝缘子固有频带的获取装置，该装置应用于本申请第一方面公开的一种支柱绝缘子固有频带的获取方法，该装置包括：
采集模块，用于根据预设的采样频率，采集正常支柱绝缘子的振动信号；
分解模块，用于对所述振动信号进行小波包分解，获取多层小波树；
节点频带获取模块，用于根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带；
能量占比获取模块，用于获取所述各个节点频带的能量占比，所述各个节点频带的能量占比为各个节点频带的能量与总能量之间的比值，所述总能量为所述最后一层小波树所有频带的总能量；
平均值获取模块，用于获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值；
固有频带获取模块，用于根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带，所述固有频带用于测定支柱绝缘子是否存在缺陷。
可选的，所述节点频带获取模块包括：
层数获取单元，用于获取所述多层小波树的层数；
节点数获取单元，用于根据所述多层小波树的层数，获取所述最后一层小波树的节点数；
节点频带获取单元，用于根据所述节点数，对所述采样频率进行分段，获取所述最后一层小波树的各个节点频带。
可选的，所述平均值获取模块包括：
平均值计算单元，用于通过以下公式，获取所述若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值：
Figure BDA0002355333640000023
其中，m表示第m个节点，
Figure BDA0002355333640000024
表示第m个节点频带的能量占比平均值，n表示所述若干正常支柱绝缘子的数量，Enm表示第n个正常支柱绝缘子的第m个节点频带的能量占比。
可选的，所述固有频带获取模块包括：
最大值获取单元，用于获取所述各个节点频带的能量占比平均值中的最大值；
固有频带获取单元，用于将所述最大值对应的节点频带设置为所述支柱绝缘子的固有频带。
本申请实施例公开了一种支柱绝缘子固有频带的获取方法及装置，在该方法中，首先根据预设的采样频率，采集正常支柱绝缘子的振动信号，对所述振动信号进行小波包分解，获取多层小波树，根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带，获取所述各个节点频带的能量占比，进而获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值，根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带。由于固有频带为针对若干正常支柱绝缘子所获取的频带范围，因此通过本申请获取的固有频带来判断支柱绝缘子是否存在缺陷，能够提高判定结果的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种支柱绝缘子固有频带的获取方法的工作流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种支柱绝缘子固有频带的获取方法中，若干正常支柱绝缘子的各节点频带能量占比示意图；
图3为本申请实施例提供的一种支柱绝缘子固有频带的获取装置的结构示意图。
具体实施方式
为了解决在判断被测支柱绝缘子是否存在缺陷时，将正常支柱绝缘子的固有频率作为唯一评判标准，其判定结果将存在一定的误差的问题，本申请通过以下实施例公开了一种支柱绝缘子固有频带的获取方法及装置。
本申请第一实施例公开了一种支柱绝缘子固有频带的获取方法，参见图1所示的工作流程示意图，包括：
步骤S11、根据预设的采样频率，采集正常支柱绝缘子的振动信号。
步骤S12、对所述振动信号进行小波包分解，获取多层小波树，其中，所述多层小波树的层数不小于3层。
本申请实施例中，根据固有频率带的精度要求来设置多层小波树的层数，层数越多，频带分辨率越高，最终获取的固有频带精度越高。
步骤S13、根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带。
在一种实现方式中，使用采集仪器获取振动信号，采样频率为采集仪器的固有参数。
获取最后一层小波树的各个节点频带的具体步骤包括：
获取所述多层小波树的层数。
根据所述多层小波树的层数，获取所述最后一层小波树的节点数。其中，最后一层小波树的节点数为2k，k表示层数。
根据所述节点数，对所述采样频率进行分段，即对采样频率对应的频段进行均等分段，获取所述最后一层小波树的各个节点频带。
步骤S14、获取所述各个节点频带的能量占比，所述各个节点频带的能量占比为各个节点频带的能量与总能量之间的比值，所述总能量为所述最后一层小波树所有频带的总能量。
步骤S15、获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值。
本申请实施例中，通过以下公式，获取所述若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值：
Figure BDA0002355333640000041
其中，m表示第m个节点，
Figure BDA0002355333640000042
表示第m个节点频带的能量占比平均值，n表示所述若干正常支柱绝缘子的数量，Enm表示第n个正常支柱绝缘子的第m个节点频带的能量占比。
步骤S16、根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带，所述固有频带用于测定支柱绝缘子是否存在缺陷。
在一种实现方式中，获取固有频带的步骤包括：
获取所述各个节点频带的能量占比平均值中的最大值。
将所述最大值对应的节点频带设置为所述支柱绝缘子的固有频带。
本申请实施例公开了一种支柱绝缘子固有频带的获取方法及装置，在该方法中，首先根据预设的采样频率，采集正常支柱绝缘子的振动信号，对所述振动信号进行小波包分解，获取多层小波树，根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带，获取所述各个节点频带的能量占比，进而获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值，根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带。由于固有频带为针对若干正常支柱绝缘子所获取的频带范围，因此通过本申请获取的固有频带来判断支柱绝缘子是否存在缺陷，能够提高判定结果的准确度。
以下结合示例对本申请实施例公开的一种支柱绝缘子固有频带的获取方法进行详述。
使用采样频率为48000Hz的采集仪，对正常支柱绝缘子的振动信号进行采样。
将采集所得的振动信号进行3层小波包分解，得到3层小波树。
获取第3层小波树的节点数为8。
根据采样频率，获取8个节点的节点频带。根据采样定理，采集仪有效的采样频率为最高频率的1/2，所以有效采样频率对应的频段为0-24000Hz，将该频段均等分成8段。因此8个节点分为对应的频带为[0,3000Hz]、[3000Hz-6000Hz]、…、[21000Hz,24000Hz]。由于本实例为3层小波树，因此，频带分辨率为3000Hz。
分别提取第3层8个节点频带的分解系数,对小波包分解系数进行重构，提取各节点频带范围的信号，求出节点频带的总能量,然后求出各节点频带能量占比。作为示例，本申请针对一个正常支柱绝缘子，获取各节点频带能量占比的结果为：节点1的能量占比是17％左右，节点频带范围为[0，3000Hz]；节点2的能量占比是80％,节点频带范围为[3000Hz,6000Hz]；节点3的能量占比是0.33％，节点频带范围为[6000Hz，9000Hz]；节点4的能量占比是2.46％，节点频带范围为[9000Hz，12000Hz]；通过经验可知，支柱绝缘子故障频带范围一般为[0，10000Hz]，因此，无需再统计后面的节点。
使用同样的方法处理第二个正常支柱绝缘子的振动信号，针对第二个正常支柱绝缘子，获取各节点频带能量占比的结果为：节点1能量占比为13.81％，节点2能量占比为74.54％，节点3能量占比是0.91，节点4能量占比是9.87％，各节点频带范围与第一个正常支柱绝缘子相同。
定义上述节点频带的能量占比分别为En1、En2、,…Enm，其中，n代表正常支柱绝缘子的数量，m代表节点号。例如，第一个正常支柱绝缘子的节点1频带能量占比为E11,第二个正常支柱绝缘子的节点1频带能量占比为E21，以此类推。由此我们可以得到第一个正常支柱绝缘子和第二个正常支柱绝缘子之间，节点1频带的能量占比平均值为(E11+E21)/2。
选取16个正常支柱绝缘子，获取4个节点频带的能量占比平均值，参见图2所示，图中编号为16个支柱绝缘子的序号，平均值表示四个节点频带的能量占比平均值。
绘制4个节点频带能量占比平均值的分布比率图，能够容易看出节点2的能量占比平均值最高，节点2对应的频带范围为[3000Hz,6000Hz]，说明正常支柱绝缘子固有频率的主要频带位于3000-6000Hz之间。
获取固有频带的频带范围[3000Hz,6000Hz]。
在判断被测支柱绝缘子是否存在缺陷时，若被测支柱绝缘子的固有频率处于本申请实施例获取的固有频带内，则表示被测支柱绝缘子不存在缺陷，为正常支柱绝缘子。
上述示例仅做了小波包的三层分解，实际应用中，可以通过更多层的小波包分解，获取更窄的频带范围，以得到精度更高的固有频带。
下述为本申请公开的装置实施例，用于执行本申请公开的方法实施例。对于装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。
本申请第二实施例公开了一种支柱绝缘子固有频带的获取装置，该装置应用于本申请第一实施例公开的一种支柱绝缘子固有频带的获取方法，参见图3所示的结构示意图，该装置包括：
采集模块10，用于根据预设的采样频率，采集正常支柱绝缘子的振动信号。
分解模块20，用于对所述振动信号进行小波包分解，获取多层小波树。
节点频带获取模块30，用于根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带。
能量占比获取模块40，用于获取所述各个节点频带的能量占比，所述各个节点频带的能量占比为各个节点频带的能量与总能量之间的比值，所述总能量为所述最后一层小波树所有频带的总能量。
平均值获取模块50，用于获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值。
固有频带获取模块60，用于根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带。
进一步的，所述节点频带获取模块包括：
层数获取单元，用于获取所述多层小波树的层数。
节点数获取单元，用于根据所述多层小波树的层数，获取所述最后一层小波树的节点数。
节点频带获取单元，用于根据所述节点数，对所述采样频率进行分段，获取所述最后一层小波树的各个节点频带。
进一步的，所述平均值获取模块包括：
平均值计算单元，用于通过以下公式，获取所述若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值：
Figure BDA0002355333640000061
其中，m表示第m个节点，
Figure BDA0002355333640000062
表示第m个节点频带的能量占比平均值，n表示所述若干正常支柱绝缘子的数量，Enm表示第n个正常支柱绝缘子的第m个节点频带的能量占比。
进一步的，所述固有频带获取模块包括：
最大值获取单元，用于获取所述各个节点频带的能量占比平均值中的最大值。
固有频带获取单元，用于将所述最大值对应的节点频带设置为所述支柱绝缘子的固有频带。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种支柱绝缘子固有频带的获取方法，其特征在于，包括：
根据预设的采样频率，采集正常支柱绝缘子的振动信号；
对所述振动信号进行小波包分解，获取多层小波树；
根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带；
获取所述各个节点频带的能量占比，所述各个节点频带的能量占比为各个节点频带的能量与总能量之间的比值，所述总能量为所述最后一层小波树所有频带的总能量；
获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值；
根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带，所述固有频带用于测定支柱绝缘子是否存在缺陷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多层小波树的层数不小于3层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带，包括：
获取所述多层小波树的层数；
根据所述多层小波树的层数，获取所述最后一层小波树的节点数；
根据所述节点数，对所述采样频率进行分段，获取所述最后一层小波树的各个节点频带。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值，包括：
通过以下公式，获取所述若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值：
Figure FDA0002355333630000011
其中，m表示第m个节点，
Figure FDA0002355333630000012
表示第m个节点频带的能量占比平均值，n表示所述若干正常支柱绝缘子的数量，Enm表示第n个正常支柱绝缘子的第m个节点频带的能量占比。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带，包括：
获取所述各个节点频带的能量占比平均值中的最大值；
将所述最大值对应的节点频带设置为所述支柱绝缘子的固有频带。
6.一种支柱绝缘子固有频带的获取装置，其特征在于，所述装置应用于权利要求1-5任一项所述的一种支柱绝缘子固有频带的获取方法，所述装置包括：
采集模块，用于根据预设的采样频率，采集正常支柱绝缘子的振动信号；
分解模块，用于对所述振动信号进行小波包分解，获取多层小波树；
节点频带获取模块，用于根据所述采样频率，获取最后一层小波树的各个节点频带；
能量占比获取模块，用于获取所述各个节点频带的能量占比，所述各个节点频带的能量占比为各个节点频带的能量与总能量之间的比值，所述总能量为所述最后一层小波树所有频带的总能量；
平均值获取模块，用于获取若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值；
固有频带获取模块，用于根据所述各个节点频带的能量占比平均值，获取固有频带，所述固有频带用于测定支柱绝缘子是否存在缺陷。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述节点频带获取模块包括：
层数获取单元，用于获取所述多层小波树的层数；
节点数获取单元，用于根据所述多层小波树的层数，获取所述最后一层小波树的节点数；
节点频带获取单元，用于根据所述节点数，对所述采样频率进行分段，获取所述最后一层小波树的各个节点频带。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述平均值获取模块包括：
平均值计算单元，用于通过以下公式，获取所述若干正常支柱绝缘子的各个节点频带的能量占比平均值：
Figure FDA0002355333630000021
其中，m表示第m个节点，
Figure FDA0002355333630000022
表示第m个节点频带的能量占比平均值，n表示所述若干正常支柱绝缘子的数量，Enm表示第n个正常支柱绝缘子的第m个节点频带的能量占比。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述固有频带获取模块包括：
最大值获取单元，用于获取所述各个节点频带的能量占比平均值中的最大值；
固有频带获取单元，用于将所述最大值对应的节点频带设置为所述支柱绝缘子的固有频带。
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