一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法技术

本发明专利技术公开了一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，该方法包括：获取音频信号；对获得的音频信号进行分帧处理，从而得到多帧信号；提取每帧信号的特征，然后根据提取的特征，对每帧信号进行分类；根据每帧信号所属的类型，从而采用相对应的编码方式和编码速率对每帧信号进行相对应的压缩编码。通过使用本发明专利技术的方法，不仅能够节约了传输时所需的带宽，同时也保证了传输信号的质量，而且还能便于对大量局部放电数据进行收集和存储，既节约了空间又保证了数据的可靠性。本发明专利技术的方法可广泛应用于局部放电监测领域中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及输变电设备的局部放电监测技术，尤其涉及一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法。
技术介绍
在电力系统中的一些主要设备，例如变压器、发电机、电动机、气体绝缘开关设备 GIS、电缆，运行时，其绝缘部分中由于绝缘空隙具有容性电压以及空隙中的气体与绝缘材料存在极大的电压应力差，在强电场的作用下发生局部桥接，产生局部放电。而根据当前的统计数据，其表明了85%的绝缘故障是由局部放电引起的，由此可见，若这些由局部放电所引起的绝缘故障得不到及时的预防检测及解决，将会成为安全隐患甚至演变成严重的电力事故，这样不仅会造成经济损失，而且还会危害人身安全。当前局部放电的监测方法主要包含有：脉冲电流监测法、气体监测法、超声波监测法、超高频监测法以及红外热成像监测法。其中，对于所述的超声波监测法，其是将超声波传感器安装在设备外壳上的，而这对变压器的运行没有任何影响，也不会受变压器内部复杂的电、磁、热等干扰，便于对局部缺陷的准确定位，因此超声波监测法是现在局部放电监测的优秀方法，受到广泛使用。从目前国内外的研究情况来看，超声波局部放电监测的主流方法为：利用超声传感器将采集到的超声波信号转换为电信号；将采集到的电信号通过调理电路进行预处理；然后对调理电路输出的信号进行采样和数模转换处理；最后将得到的信号与已经设定好的阈值进行比较，从而判断是否发生局部放电并记录放电信息。然而这一方法却存有一些缺陷，例如：对于电力设备超声波局部放电在线监测系统和云处理而言，24小时连续监测得到的超声波局部放电信号数据量很大，但是目前却还没有一个有效的压缩方法来存储这么大量的数据；另外，若所有的信号都使用高码率进行传输，这样虽然可以保证传输信号的质量，但会出现监测中心传输能力不足的情况，并且会浪费了带宽；若所有信号都使用低码率进行传输，这样则会导致很多信息在传输过程中丢失，造成监测中心的监测结果出现误差，造成损失。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法。本专利技术所采用的技术方案是：一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，该方法包括：获取音频信号；对获得的音频信号进行分帧处理，从而得到多帧信号；提取每帧信号的特征，然后根据提取的特征，对每帧信号进行分类；根据每帧信号所属的类型，从而采用相对应的编码方式和编码速率对每帧信号进行相对应的压缩编码。进一步，所述对获得的音频信号进行分帧处理，从而得到多帧信号这一步骤，其具体为：对获得的音频信号依次进行预处理和分帧处理，从而得到多帧信号。进一步，所述预处理包括采样量化处理、预加重处理和加窗处理。进一步，所述特征包括脉冲幅度、短时平均能量、脉冲持续时间及频谱包络。进一步，所述短时平均能量的计算公式如下所示：其中，STM表示短时平均能量，x（n）表示音频信号，表示为x（n）的绝对值，N表示信号的长度。进一步，所述提取每帧信号的特征，然后根据提取的特征，对每帧信号进行分类这一步骤，其具体为：将每帧信号输入到分类器中后提取每帧信号的特征，接着利用分类器，从而根据每帧信号的特征来判断每帧信号是属于疑似有局放信号这一类型、确定无局放信号这一类型还是确定有局放信号这一类型。进一步，所述根据每帧信号所属的类型，从而采用相对应的编码方式和编码速率对每帧信号进行相对应的压缩编码这一步骤，其具体为：当该帧信号属于疑似有局放信号这一类型时，采用线性预测编码方式以及第一编码速率来对该帧信号进行压缩编码；当该帧信号属于确定无局放信号这一类型时，采用小波包分解方式以及第二编码速率来对该帧信号进行压缩编码；当该帧信号属于确定有局放信号这一类型时，采用小波包分解方式以及第三编码速率来对该帧信号进行压缩编码；其中，所述第一编码速率、第二编码速率以及第三编码速率之间的大小关系为：第一编码速率＞第三编码速率＞第二编码速率。进一步，所述线性预测编码方式具体为：提取该帧信号的LPC参数及预测残差能量后，对提取出的LPC参数及预测残差能量进行编码。进一步，所述小波包分解方式具体为：根据预设的小波函数和分解层数，对该帧信号进行小波包分解；利用方差准则来确定所述小波函数的最优基，从而根据得到的最优基，对分解后得到的信号进行重要特征和能量的提取保留，实现信号压缩；对小波函数的最优基中的每个小波系数进行标量量化后，按小波系数的大小从大到小进行小波系数的量化编码并记录其位置，直到所用的比特数达到预定的编码数为止。进一步，所述提取该帧信号的LPC参数这一步骤，其具体为：对每帧信号进行统计分析，计算与该帧信号相邻的帧信号的相关性从而得到最佳的预测系数；所述提取该帧信号的预测残差能量这一步骤，其具体为：对该帧信号进行快速傅立叶变换处理，然后对处理后得到的信号的模进行平方求和，从而得到预测残差能量。本专利技术的有益效果是：本专利技术的方法是通过根据每帧信号所属的类型，从而采用不同的编码方式和编码速率对相对应的帧信号进行压缩编码的，并且在进行帧信号的编码压缩时，对于属于疑似有局放信号这一类型的帧信号，采用高编码速率进行压缩编码传输，对于属于确定无局放信号这一类型的帧信号和属于确定有局放信号这一类型的帧信号，采用低编码速率进行压缩编码传输，因此这样不仅能够节约了传输时所需的带宽，同时也保证了传输信号的质量，而且还能便于对大量局部放电数据进行收集和存储，既节约了空间又保证了数据的可靠性。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明：图1是本专利技术一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法的步骤流程图；图2是本专利技术一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法的一具体实施例步骤流程图。具体实施方式如图1所示，一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，该方法包括：获取音频信号；对获得的音频信号进行分帧处理，从而得到多帧信号；提取每帧信号的特征，然后根据提取的特征，对每帧信号进行分类；根据每帧信号所属的类型，从而采用相对应的编码方式和编码速率对每帧信号进行相对应的压缩编码。对于所述的音频信号，其是通过将超声波传感器所采集得到的超声波信号进行载波调频后所得到的信号。另外，对于所述的分类，其包括疑似有局放信号、确定无局放信号及确定有局放信号这三个类型；当该帧信号属于疑似有局放信号这一类型时，采用第一编码速率来对该帧信号进行压缩编码；当该帧信号属于确定无局放信号这一类型时，采用第二编码速率来对该帧信号进行压缩编码；当该帧信号属于确定有局放信号这一类型时，采用第三编码速率来对该帧信号进行压缩编码；其中，所述第一编码速率高于第二编码速率和第三编码速率，即对于确定无局部放电的帧信号和确定有局部放电的帧信号，它们的编码速率为低编码速率，而对于疑似有局部放电的帧信号，其编码速率为高编码速率。由此可得，通过使用本专利技术的方法，不仅能够节约了传输时所需的带宽，同时也保证了传输信号的质量，而且还便于大量局部放电数据的收集和存储，既节约了空间又保证了数据的可靠性。所述局放信号即为局部放电信号。进一步作为优选的实施方式，所述对获得的音频信号进行分帧处理，从而得到多帧信号这一步骤，其具体为：对获得的音频信号依次进行预处理和分帧处理，从而得到多帧信号。进一步作为优选的实施方式，所述预处理包括采样量化处理、预加重处理和加窗处理。进一步作为优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，其特征在于：该方法包括：获取音频信号；对获得的音频信号进行分帧处理，从而得到多帧信号；提取每帧信号的特征，然后根据提取的特征，对每帧信号进行分类；根据每帧信号所属的类型，从而采用相对应的编码方式和编码速率对每帧信号进行相对应的压缩编码。

【技术特征摘要】
1.一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，其特征在于：该方法包括：获取音频信号；对获得的音频信号进行分帧处理，从而得到多帧信号；提取每帧信号的特征，然后根据提取的特征，对每帧信号进行分类；根据每帧信号所属的类型，从而采用相对应的编码方式和编码速率对每帧信号进行相对应的压缩编码。2.根据权利要求1所述一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，其特征在于：所述对获得的音频信号进行分帧处理，从而得到多帧信号这一步骤，其具体为：对获得的音频信号依次进行预处理和分帧处理，从而得到多帧信号。3.根据权利要求2所述一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，其特征在于：所述预处理包括采样量化处理、预加重处理和加窗处理。4.根据权利要求1所述一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，其特征在于：所述特征包括脉冲幅度、短时平均能量、脉冲持续时间及频谱包络。5.根据权利要求4所述一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，其特征在于：所述短时平均能量的计算公式如下所示：其中，STM表示短时平均能量，x（n）表示音频信号，表示为x（n）的绝对值，N表示信号的长度。6.根据权利要求1-5任一项所述一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，其特征在于：所述提取每帧信号的特征，然后根据提取的特征，对每帧信号进行分类这一步骤，其具体为：将每帧信号输入到分类器中后提取每帧信号的特征，接着利用分类器，从而根据每帧信号的特征来判断每帧信号是属于疑似有局放信号这一类型、确定无局放信号这一类型还是确定有局放信号这一类型。7.根据权利要求6所述一种超声波局部放电信号的变速率编码压缩方法，其特征在于：所述根据每帧信号所属的类型，从而采用相对应的编码方式和编...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴光辉，田立斌，李汉豪，吴思畅，潘慧猷，周林，吴明朝，周潮，
申请(专利权)人：广州市恒力安全检测技术有限公司，广州安电测控技术有限公司，安徽恒力安全检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44