CN111896852A - 基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法 - Google Patents
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Abstract
基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，包括以下步骤：S1：超声波探头接收变压器局部放电处发出的第一超声波信号；S2：记录每一次接收得到的超声波信号；S3：对记录下的所有超声波信号进行小波变换，得到每次超声波信号的信号分量；对得到的所有信号分量进行差分对比；S4：判断经小波变换后的分量中是否存在同一频率范围的信号分量。本发明中，通过小波变换的方法，分离超声波信号中的不同频率的信号分量，并通过差分对比的方法，确定局部放电的超声波信号分量以及干扰信号的超声波分量，控制器将干扰信号的超声波分量抵消掉之后即为有效的局部放电的超声波信号分量。
Description
技术领域
本发明涉及超声波信号的抗干扰处理领域，尤其涉及基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法。
背景技术
在各大电网公司不断发展的时代，配电变压器的数量不断增加，而在配电变压器的总量不断扩大的同时，配电变压器的故障问题就越发明显而致命，然而，配电变压器的故障检测能力却大多停留在只有发生穿越性故障时才能检测到的情况下，尽管目前的各种监测手段可以监测重过载以及低电压问题，但是却无法检测到局部放电等问题。
为了解决这一问题，各种针对局放监测的传感器不断被开发出来，而目前广泛应用的局放监测技术有以下几种：脉冲电流法、超声波法、超高频法等。在此之外，还有目前难以推广或难以开发的多种技术，在此不做赘述。
其中，超声波检测法根据局部放电产生的超声波信号进行局部放电的判断分析方法。典型的超声波传感器的频带大多为40kHz-200kHz，其优点是一方面不影响电气主设备的安全运行，另一方面受电磁干扰影响较小。
缺点是放电源和超声探头之问的波阻抗异常复杂，超声波信号常常因为传播途径复杂、衰减比较严重，信号到达变压器箱壁时变得比较弱，现场检测灵敏度难以满足需要。但是在实际应用中，一般通过更换高灵敏度的超声波探头以解决接收到的信号较弱无法准确判断的问题。
同时，由于超声波信号的纯度难以保证，在传感器的附近可能会有汽车鸣笛或其他具有超声波的干扰信号，如果传感器的抗干扰能力较差，则会导致传感器误判的问题，而现有技术中也没有对干扰信号进行处理的技术。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，通过小波变换的方法，分离超声波信号中的不同频率的信号分量，并通过差分对比的方法，确定局部放电的超声波信号分量以及干扰信号的超声波分量，控制器将干扰信号的超声波分量抵消掉之后即为有效的局部放电的超声波信号分量。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提出了基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，包括以下步骤：
S1：超声波探头接收变压器局部放电处发出的第一超声波信号，超声波信号具体包括变压器局部放电产生的放电信号以及干扰源产生的干扰信号；
S2：对第一超声波信号进行记录，并多次重复S1操作；同时,记录每一次接收得到的超声波信号；
S3：对记录下的所有超声波信号进行小波变换，得到每次超声波信号的信号分量；对得到的所有信号分量进行差分对比；
S4：判断经小波变换后的分量中是否存在同一频率范围的信号分量；
其中，在每次超声波信号中均出现的频率范围的信号分量，即可确定为放电信号，其余信号分量均为干扰信号。
优选的，对干扰信号的波形以及频率范围进行记录，在后续的对超声波信号进行监测以及小波变换之后，即可快速确定其中的干扰信号分量。
优选的，在S1中，变压器局部放电产生的放电信号的频率在40kHz以上。
优选的，第一超声波信号的记录具体包括：第一超声波信号的波形、时间、幅值和频率范围。
优选的，在S3中，
小波变换采用的计算公式具体为：
其中，α为尺度，τ为平移量，t为时间；
WT(α，τ)为小波变换的结果；
f(t)为待变换的超声波信号,为小波函数。
优选的，在S4中：如果没有在每次超声波信号中均出现的频率范围的信号分量，则表明S1和S2中记录的所有超声波信号均出现局部放电现象。
优选的，在S4中，确定已分析的超声波信号中没有局部放电的超声波信号分量之后，重新执行S1-S4。
本发明中，对超声波信号进行处理，对采集到的超声波信号波形进行小波变换，即可得到所述超声波信号有哪些频率成分，同时也可以得出这些频率成分在时域上的具体位置。局部放电的超声波信号基本稳定在一定的频率范围内，同时也可以大致确定其基本波形，反推即可确定其余信号均为干扰信号，由此即可清晰简单的确定干扰信号的位置，在确定干扰信号的波形、频率以及位置后，控制器记录下干扰信号的频率以及波形，在干扰信号的原有位置输出幅值相反的波形后即可抵消干扰信号的影响，由此即可实现滤除干扰信号的目的。
本发明中，通过小波变换的方法，分离超声波信号中的不同频率的信号分量，并通过差分对比的方法，确定局部放电的超声波信号分量以及干扰信号的超声波分量，控制器将干扰信号的超声波分量抵消掉之后即为有效的局部放电的超声波信号分量。
附图说明
图1为本发明提出的基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1所示，本发明提出的基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，包括以下步骤：
S1：超声波探头接收变压器局部放电处发出的第一超声波信号，超声波信号具体包括变压器局部放电产生的放电信号以及干扰源产生的干扰信号；
S2：对第一超声波信号进行记录，并多次重复S1操作；同时,记录每一次接收得到的超声波信号；
S3：对记录下的所有超声波信号进行小波变换，得到每次超声波信号的信号分量；对得到的所有信号分量进行差分对比；
S4：判断经小波变换后的分量中是否存在同一频率范围的信号分量；
其中，在每次超声波信号中均出现的频率范围的信号分量，即可确定为放电信号，其余信号分量均为干扰信号。
其中，如果没有在每次超声波信号中均出现的频率范围的信号分量，则表明S1和S2中记录的所有超声波信号均出现局部放电现象。
其中，确定已分析的超声波信号中没有局部放电的超声波信号分量之后，重新执行S1-S4。
本发明中，对超声波信号进行处理，对采集到的超声波信号波形进行小波变换，即可得到所述超声波信号有哪些频率成分，同时也可以得出这些频率成分在时域上的具体位置。局部放电的超声波信号基本稳定在一定的频率范围内，同时也可以大致确定其基本波形，反推即可确定其余信号均为干扰信号，由此即可清晰简单的确定干扰信号的位置，在确定干扰信号的波形、频率以及位置后，控制器记录下干扰信号的频率以及波形，在干扰信号的原有位置输出幅值相反的波形后即可抵消干扰信号的影响，由此即可实现滤除干扰信号的目的。
在一个可选的实施例中，对干扰信号的波形以及频率范围进行记录，在后续的对超声波信号进行监测以及小波变换之后，即可快速确定其中的干扰信号分量。
在一个可选的实施例中，在S1中，变压器局部放电产生的放电信号的频率在40kHz以上。
在一个可选的实施例中，第一超声波信号的记录具体包括：第一超声波信号的波形、时间、幅值和频率范围。
在一个可选的实施例中，在S3中，
小波变换采用的计算公式具体为：
其中，α为尺度，τ为平移量，t为时间；
WT(α，τ)为小波变换的结果；
f(t)为待变换的超声波信号,为小波函数。
综上，本发明具有以下优点：
第一，通过确定超声波信号分量中，每个频率范围的信号出现的时间，进一步可以复刻出这一信号分量在这一时间范围内的波形，从而可以确定这一信号分量的完整波形；
第二，针对信号突变处，小波只有在与信号突变处重合时，其系数才不为0，由此可知，小波可以更简单的拟合出信号突变处的信号变化。
需要说明的是，同领域中，也有直接对超声波信号进行差分以确定干扰信号的技术方案，与本方案是具有本质不同的。
本方案在进行小波变换之后可以确定每一部分信号分量的信号波形，可以准确的确定每个频率范围内的超声波波形，在记录时，不管是干扰信号还是放电信号都可以完整的记录并进行分析。
而现有技术中，直接进行对多次信号进行差分处理的前提是待测超声波的有效信号的波形需要高度相同，比如超声波测距时，其发射的超声波波形是固定的，在接收时，除去干扰信号的超声波波形是高度相同的，所所以简单的差分即可确定干扰信号与有效信号；
但是，在本发明中，待测的放电信号只能确定大致的信号频率范围以及波形，所以是不能直接进行差分处理的。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：超声波探头接收变压器局部放电处发出的第一超声波信号，超声波信号具体包括变压器局部放电产生的放电信号以及干扰源产生的干扰信号；
S2：对第一超声波信号进行记录，并多次重复S1操作；同时,记录每一次接收得到的超声波信号；
S3：对记录下的所有超声波信号进行小波变换，得到每次超声波信号的信号分量；对得到的所有信号分量进行差分对比；
S4：判断经小波变换后的分量中是否存在同一频率范围的信号分量；
其中，在每次超声波信号中均出现的频率范围的信号分量，即可确定为放电信号，其余信号分量均为干扰信号。
2.根据权利要求1所述的基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，其特征在于，对干扰信号的波形以及频率范围进行记录，在后续的对超声波信号进行监测以及小波变换之后，即可快速确定其中的干扰信号分量。
3.根据权利要求1所述的基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，其特征在于，在S1中，变压器局部放电产生的放电信号的频率在40kHz以上。
4.根据权利要求1所述的基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，其特征在于，第一超声波信号的记录具体包括：第一超声波信号的波形、时间、幅值和频率范围。
5.根据权利要求1所述的基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，其特征在于，在S3中，
小波变换采用的计算公式具体为：
其中，α为尺度，τ为平移量，t为时间；
WT(α，τ)为小波变换的结果；
f(t)为待变换的超声波信号,为小波函数。
6.根据权利要求1所述的基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，其特征在于，在S4中：如果没有在每次超声波信号中均出现的频率范围的信号分量，则表明S1和S2中记录的所有超声波信号均出现局部放电现象。
7.根据权利要求1所述的基于小波分析对超声波信号的抗干扰处理方法，其特征在于，在S4中，确定已分析的超声波信号中没有局部放电的超声波信号分量之后，重新执行S1-S4。
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