專利名稱：檢測(cè)由檢測(cè)器接收到的信號(hào)中的對(duì)應(yīng)于事件的波前的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種即使由檢測(cè)器接收到的時(shí)變信號(hào)在被噪聲污染的環(huán)境中傳播并且該檢測(cè)器還接收疊加在該信號(hào)上的噪聲的情況下檢測(cè)該信號(hào)中反映尋找的事件的發(fā)生的波前的位置的方法。該信號(hào)可以是聲學(xué)信號(hào)、諸如射頻信號(hào)的電磁信號(hào)或者諸如從設(shè)備中的電機(jī)械裝置產(chǎn)生的振動(dòng)的電機(jī)械信號(hào)。借助于示例，尋找的事件可以是電氣設(shè)備中的部分放電、空間中的語(yǔ)音源的激活、管線中的壓力瞬變等等。本發(fā)明能夠特別地用于諸如功率變換器或者電機(jī)器的電氣設(shè)備中的部分放電的源的檢測(cè)和定位的方法。電氣設(shè)備中的部分放電與聲學(xué)(通常為超聲)信號(hào)的發(fā)射相關(guān)聯(lián)。 信號(hào)的“波前”因此反映部分放電的發(fā)生并且因此反映故障的發(fā)生。術(shù)語(yǔ)波前指位于給定振幅的虛擬點(diǎn)與高于給定振幅的就在該給定振幅的虛擬點(diǎn)之后的峰值之間的波的部分。將要監(jiān)視的時(shí)變信號(hào)在波前的發(fā)生之前為單調(diào)的。然而，如果該信號(hào)被掩埋在背景噪聲中，則該背景噪聲使得波前的上游的局域化的峰增大，這能夠被誤認(rèn)為由檢測(cè)器接收到的信號(hào)的波前。 上述對(duì)于電氣設(shè)備的應(yīng)用不限制本發(fā)明，這是因?yàn)槔缭诼暭{、空間中語(yǔ)音源的定位或者管線監(jiān)控的領(lǐng)域中能夠存在很多相關(guān)的其它應(yīng)用。
背景技術(shù)：
例如，專利申請(qǐng)F(tuán)R2883979和美國(guó)專利5388445公開了檢測(cè)時(shí)變信號(hào)中的峰(即波前)的方法為信號(hào)開窗口，確定適合于每個(gè)窗口中計(jì)算的信號(hào)的指示符和閾值并且將指示符與閾值進(jìn)行比較，如果指示符超過閾值則檢測(cè)到波前。在美國(guó)專利5388445中，指示符是斜率。在專利申請(qǐng)F(tuán)R2883979中，指示符是信號(hào)的能量的方均根。用于比較的閾值依賴于在進(jìn)行比較之前的窗口確定的指示符。在很多情況下，這些方法能夠檢測(cè)到信號(hào)中的波前的位置，但是沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)于確認(rèn)檢測(cè)到的波前對(duì)應(yīng)于尋找的事件的驗(yàn)證，所述事件在上述文獻(xiàn)中為部分放電或者壓力瞬變。檢測(cè)到的波前能夠?qū)?yīng)于噪聲。此外，如果由檢測(cè)器接收到的信號(hào)是非常嘈雜的，則閾值會(huì)具有高于該信號(hào)的最大振幅的振幅，使得不能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)。而且，如果由檢測(cè)器接收到的信號(hào)受到了低頻噪聲形式的干擾，那么不能夠檢測(cè)到尋找的波前，這是由于該信號(hào)將具有受到低頻噪聲影響的低于信號(hào)的最大振幅的振幅。因此，利用對(duì)于波前的發(fā)生的單次搜索，不能夠確保檢測(cè)到的波前對(duì)應(yīng)于尋找的事件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種檢測(cè)由檢測(cè)器接收到的時(shí)變信號(hào)中反映尋找的事件的發(fā)生的波前的位置的方法，即使在由檢測(cè)器接收到的信號(hào)中的噪聲分布在頻率的寬范圍上的情況下，該方法也比現(xiàn)有技術(shù)的方法可靠得多。基本想法是使用帶通濾波器來(lái)對(duì)由檢測(cè)器接收到的信號(hào)進(jìn)行若干次濾波并且改變帶通濾波器的通帶的大小。應(yīng)用帶通濾波器使得被濾波的信號(hào)隨著通帶的減小而指數(shù)地延遲。對(duì)每個(gè)被濾波的信號(hào)進(jìn)行處理以尋找波前。對(duì)所有識(shí)別出的波前進(jìn)行分組以確定它們是否遵循指數(shù)漸近線。在該指數(shù)漸近線的幫助下找到對(duì)應(yīng)于尋找的事件的波前的位置。更精確地，本發(fā)明提供了一種檢測(cè)由檢測(cè)器接收到的時(shí)變信號(hào)中反映尋找的事件的發(fā)生的波前的位置的方法，其中·對(duì)由檢測(cè)器接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化以產(chǎn)生工作信號(hào)；·利用帶通濾波器對(duì)該工作信號(hào)進(jìn)行N4次濾波(N4是大于或等于3的整數(shù))，同時(shí)改變帶通濾波器的通帶的寬度N4次，從而獲得N4個(gè)濾波后的工作信號(hào)，N4個(gè)通帶從最寬到最窄一個(gè)包含在另一個(gè)之中；·通過峰檢測(cè)方法處理N4個(gè)濾波后的工作信號(hào)中的每一個(gè)以在每個(gè)信號(hào)中檢測(cè)根據(jù)發(fā)生時(shí)間的第一波前的位置；·對(duì)工作信號(hào)進(jìn)行濾波所使用的通帶的寬度與每個(gè)發(fā)生時(shí)間相關(guān)聯(lián)；·定義N4個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)具有是發(fā)生時(shí)間之一的縱坐標(biāo)和是關(guān)聯(lián)的帶的寬度的橫坐標(biāo)；·該N4個(gè)點(diǎn)被布置在笛卡爾坐標(biāo)系中；以及·搜尋擬合該N4個(gè)點(diǎn)中最多數(shù)目的點(diǎn)的指數(shù)漸近線，反映尋找的事件的發(fā)生的波前的位置是具有最大橫坐標(biāo)并且處于或者幾乎處于該指數(shù)漸近線上的點(diǎn)的縱坐標(biāo)。為了確定帶通濾波器的極限通帶，可以使用工作信號(hào)中的NI個(gè)采樣(NI是整數(shù))來(lái)計(jì)算離散傅立葉變換并且將其用于定義最窄通帶的界限和最寬通帶的界限。更加精確地，為了定義最窄通帶和最寬通帶的上和下界限，可以在離散傅立葉變換中選擇具有最大振幅的N2個(gè)采樣(N2是小于NI的整數(shù))，最窄通帶可以被指派有是該N2個(gè)采樣的最低頻率的下界限和是該N2個(gè)采樣的最高頻率的上界限，可以在離散傅立葉變換中選擇具有最大振幅的N3個(gè)采樣(N3是比N2大得多但是小于NI的整數(shù))，并且最寬通帶可以被指派有是該N3個(gè)采樣的最低頻率的下界限和是該N3個(gè)采樣的最高頻率的上界限。對(duì)兩個(gè)條件進(jìn)行驗(yàn)證，即最寬通帶和最窄通帶具有至少一個(gè)不同的下界限或上界限，以及最窄通帶包含在最寬通帶內(nèi)；如果不是這樣，則移位最窄通帶和/或最寬通帶的界限中的至少一個(gè)以滿足這兩個(gè)條件。為了消除噪聲，優(yōu)選地在定義最窄通帶的界限和最寬通帶的界限之前對(duì)離散傅立葉變換進(jìn)行平滑。除了極限通帶之外，通過將最寬通帶的下界限和最窄通帶的下界限之間的第一間隔(如果有的話)細(xì)分為N+1個(gè)部分(N是大于或等于I的整數(shù))和/或?qū)⒆顚捦◣У纳辖缦藓妥钫◣У纳辖缦拗g的第二間隔(如果有的話)細(xì)分為N+1個(gè)部分來(lái)定義一個(gè)包含在另一個(gè)之內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)中間通帶，其中第一間隔的兩個(gè)相鄰部分之間的界面形成中間通帶的下界限并且第二間隔的兩個(gè)相鄰部分之間的界面形成中間通帶的上界限。為了有利于搜尋指數(shù)漸近線，當(dāng)將N4個(gè)點(diǎn)布置在笛卡爾坐標(biāo)系中時(shí)，該N4個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)可以平移通過一定距離，從而在該平移之后，具有最低縱坐標(biāo)的點(diǎn)具有幾乎為零的縱坐標(biāo)。然后通過將該平移距離與對(duì)應(yīng)于尋找的事件的波前的位置相加來(lái)對(duì)其進(jìn)行校正。如果可以使用大量的點(diǎn)，則為了有利于搜尋指數(shù)漸近線，能夠在指數(shù)漸近線搜尋步驟之前選擇具有連續(xù)增大的橫坐標(biāo)的三個(gè)點(diǎn)的組來(lái)驗(yàn)證這三個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)是減小的，從、而如果這三個(gè)點(diǎn)中的任何點(diǎn)沒有滿足該縱坐標(biāo)減小的條件則將其丟棄；并且利用包括來(lái)自前一組的三個(gè)點(diǎn)中的至少一個(gè)點(diǎn)的下一組三個(gè)點(diǎn)逐步地重復(fù)該驗(yàn)證。為了能夠盡可能實(shí)際地構(gòu)造指數(shù)漸近線，明智的是，一旦被丟棄的點(diǎn)的數(shù)目達(dá)到N4的一半就立即停止進(jìn)行比較。本發(fā)明的方法特別適合于檢測(cè)器是聲學(xué)檢測(cè)器、尋找的事件是由放置在包含聲導(dǎo)流體的外殼中的電氣設(shè)備中的部分放電源引起的部分放電的情況。


在參考附圖閱讀了借助于純示出性且非限制性的示例給出的實(shí)施方式的描述之后能夠更好地理解本發(fā)明，在附圖中圖I示出了能夠應(yīng)用本發(fā)明的方法的時(shí)變信號(hào)；圖2A、2B分別示出了能夠應(yīng)用本發(fā)明的時(shí)變信號(hào)的離散傅立葉變換和平滑后的離散傅立葉變換；圖3示出了在極限通帶及其下和上界限的情況下的圖2B的平滑后的離散傅立葉變換；圖4示出了帶通濾波器的極限通帶和中間通帶的交織；圖5A、5B、5C示出了指數(shù)漸近線；圖6A示出了原地測(cè)量的非常嘈雜的工作信號(hào)，圖6B示出了在工廠中測(cè)量的嘈雜的工作信號(hào)，圖6C示出了圖6B的信號(hào)的放大，圖6D和6E示出了在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量的具有低噪聲的工作信號(hào)，箭頭指示通過僅具有一個(gè)濾波操作的傳統(tǒng)方法檢測(cè)到的波前的位置；圖7A示出了根據(jù)圖6的原地測(cè)量的非常嘈雜的工作信號(hào)，圖7B1至7B9示出了使用彼此交織的不同通帶濾波的原地測(cè)量的同一非常嘈雜的工作信號(hào)，圖7C示出了圖6B的在工廠中測(cè)量的嘈雜的工作信號(hào)，圖7D和7E示出了圖6D和6E的在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量的具有低噪聲的工作信號(hào)，箭頭指示單次濾波操作之后在圖7A和圖7B1至7B9中檢測(cè)到的波前的位置，并且指示通過本發(fā)明的方法在圖7C、7D、7E中檢測(cè)到的波前的位置；以及圖8示出了應(yīng)用了本發(fā)明的方法的功率變換器。各個(gè)附圖中的相同、類似或等價(jià)的部分具有相同的附圖標(biāo)記以有利于從一個(gè)附圖轉(zhuǎn)向另一個(gè)附圖。為了使得這些附圖更容易閱讀，在附圖中示出的各個(gè)部分不必按相同比例繪制。
具體實(shí)施方式
圖I中示出了將由檢測(cè)器分析和獲取的例如聲學(xué)類型的時(shí)變信號(hào)。要求檢測(cè)該信號(hào)中對(duì)應(yīng)于尋找的事件的發(fā)生(例如，電氣設(shè)備中的部分放電的發(fā)生)的波前的位置。如果該設(shè)備是例如如圖8中所示的功率變換器1，則其通常容納在包含諸如油或者六氟化硫的傳導(dǎo)流體的外殼2中。檢測(cè)器5布置在該外殼2的外部，并且與其一個(gè)壁接觸。檢測(cè)器5能夠是超聲檢測(cè)器5或者超高頻(UHF)檢測(cè)器。常常在每個(gè)壁上使用多個(gè)檢測(cè)器5。檢測(cè)器5連接到用于獲取和處理所接收到的信號(hào)的裝置6。獲取和處理裝置6包括模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置、數(shù)字化信號(hào)存儲(chǔ)裝置、用于執(zhí)行譜分析的計(jì)算裝置以及濾波器裝置。獲取和處理裝置6可以包括顯示裝置6. I。連接到變換器的高壓套管3和低壓套管4穿過外殼2。由源S產(chǎn)生的部分放電的發(fā)生是尋找的事件。圖I中的橢圓形標(biāo)記反映尋找的事件(在這里討論的示例中為部分放電)的波前。然而，由檢測(cè)器獲取的信號(hào)是嘈雜的；箭頭指示發(fā)生部分放電之前的低頻噪聲峰，并且當(dāng)通過例如如上述兩個(gè)專利中描述的方法那樣的現(xiàn)有技術(shù)的方法尋找部分放電時(shí)，該低頻噪聲峰可能被錯(cuò)誤地視為部分放電。在下面描述本發(fā)明的用于檢測(cè)反映尋找的事件的發(fā)生的波前的位置的方法。該方法開始于對(duì)由檢測(cè)器傳遞的信號(hào)進(jìn)行處理的步驟。通過連接到檢測(cè)器的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。工作信號(hào)被使用超過一次并且因此被存儲(chǔ)。該數(shù)字信號(hào)在下面被稱為工作信號(hào)。本發(fā)明的基本想法是使用通帶寬度變化的帶通濾波器對(duì)工作信號(hào)進(jìn)行若干次濾 波，用于這些濾波步驟的通帶彼此交織。下面解釋如何確定帶通濾波器的通帶。第一步驟是使用譜分析器來(lái)例如使用快速傅立葉變換(FFT)計(jì)算工作信號(hào)的離散傅立葉變換?？焖俑盗⑷~變換是用于將作為時(shí)間的函數(shù)的數(shù)字信號(hào)變換為作為頻率的函數(shù)的數(shù)字信號(hào)的計(jì)算算法。圖2A示出了獲得的對(duì)應(yīng)于離散傅立葉變換的信號(hào)。該離散傅立葉變換包括NI個(gè)采樣。NI是整數(shù)。本領(lǐng)域中想要從該信號(hào)檢測(cè)部分放電的發(fā)生的技術(shù)人員了解的是，在低頻出現(xiàn)的第一峰可能是噪聲。為了避免這樣的噪聲，優(yōu)選的是對(duì)獲得的對(duì)應(yīng)于離散傅立葉變換的信號(hào)進(jìn)行平滑。能夠通過將離散傅立葉變換的NI個(gè)采樣中的每一個(gè)變換到之前的M個(gè)采樣以及之后的M個(gè)采樣的平均來(lái)實(shí)現(xiàn)該平滑。M是非零整數(shù)并且根據(jù)對(duì)應(yīng)于離散傅立葉變換的信號(hào)的采樣頻率并且因此根據(jù)NI的值而具有大約10到30之間的值。該平滑步驟是可選的。該說(shuō)明書的剩余部分將針對(duì)平滑后的信號(hào)進(jìn)行描述，但是也能夠同等地使用未平滑的信號(hào)。圖2B示出了對(duì)應(yīng)于平滑之后的離散傅立葉變換的信號(hào)。注意的是，對(duì)應(yīng)于噪聲的第一峰已經(jīng)被大大地減小。在這兩個(gè)圖2A和2B中還注意到的是，由于低于IkHz的非常低的頻率以及高于500kHz的非常高的頻率在該檢測(cè)電氣設(shè)備中產(chǎn)生的部分放電的應(yīng)用中不是顯著的，因此已經(jīng)消除了這兩種頻率。下一步驟是設(shè)置帶通濾波器的極限通帶β min、β max的界限，即帶通濾波器的最窄通帶β min和最寬通帶Pmax的界限。使用對(duì)應(yīng)于離散傅立葉變換(在適當(dāng)?shù)那闆r下為平滑后的變換)的信號(hào)來(lái)設(shè)置這些界限?，F(xiàn)在參考圖3。為了確定最窄通帶βπ η的界限，從圖3中所示的平滑后的離散傅立葉變換的NI個(gè)采樣選擇具有最大振幅的Ν2個(gè)采樣并且確定其對(duì)應(yīng)的頻率。Ν2是小于NI的整數(shù)。其能夠是NI的分?jǐn)?shù)。例如，如果NI具有值5000，則Ν2能夠具有該值的例如1/20，即具有值250。在這些Ν2個(gè)采樣中，選擇最高頻率和最低頻率，最低頻率形成最窄通帶β min的下界限B2并且最高頻率形成最窄通帶β min的上界限B3。為了確定最寬通帶β max的界限,選擇圖3中具有最大振幅的N3個(gè)采樣并且確定其對(duì)應(yīng)的頻率。N3是小于對(duì)應(yīng)于離散傅立葉變換的信號(hào)中的采樣的總數(shù)NI的整數(shù)并且N3比N2大得多。在所描述的示例中，N3能夠?yàn)镹2的十倍，即，N3 = 2500。在這些N3個(gè)采樣中，選擇最高頻率和最低頻率，最低頻率形成最寬通帶Pmax的下界限BI并且最高頻率形成最寬通帶Pmax的上界限B4。圖4示出了極限通帶的范圍。驗(yàn)證兩個(gè)通帶PmiruPmax是不同的，即驗(yàn)證下界限BI和B2不一致并且同時(shí)驗(yàn)證上界限B3和B4不一致。不過,兩個(gè)極限通帶β min、β max能夠具有公共的下界限或者公共的上界限。最窄通帶β min包含在最寬通帶Pmax內(nèi)。兩個(gè)極限通帶β min、β max能夠是分離的或者公共地具有一個(gè)界限而不是兩個(gè)界限。界限B1、B2、B3、B4必須滿足下述條件B1小于或等于B2并且B3嚴(yán)格地小于B4或者BI嚴(yán)格地小于B2并且B3小于或等于B4。因此必須滿足兩個(gè)條件，即，最寬通帶β max和最窄通帶β min至少具有一個(gè)不同的下界限B1、B2或一個(gè)不同的上界限B3、B4并且最窄通帶β min包含在最寬通帶Pmax中；如果不是這樣，則移位最窄通帶或者最寬通帶的界限中的一個(gè)以滿足這兩個(gè)條件。因此，工作信號(hào)被濾波N4次，其中N4是大于或等于3的整數(shù)。獲得N4個(gè)濾波后的工作信號(hào)。利用首先具有值β min并且其次具有值Pmax的通帶的帶通濾波器對(duì)工作信號(hào)進(jìn)行兩次濾波。然后獲得兩個(gè)濾波后的信號(hào)。然而，為了獲得N4個(gè)濾波后的工作信號(hào)(其中N4大于或等于3)，進(jìn)一步定義一
個(gè)或多個(gè)中間通帶β int (I)、β int (2) >…β int (N),其中如果存在多于一個(gè)的中間通帶的話，則該多個(gè)中間通帶β int (I) > β int⑵、…β int (N)從最窄的β int (I)到最寬的β int (N) 一個(gè)包含在另一個(gè)之內(nèi)。如果僅存在一個(gè)中間通帶，則該中間通帶β int (I)包含在最寬極限通帶Pmax中并且包含最窄極限通帶βπ η。為了定義中間通帶Pint (I)、β int⑵、... Pint(N)的極限界限,下述處理是足夠的將兩個(gè)極限通帶β min、β max的下界限B1、B2之間的間隔Il細(xì)分為N+1個(gè)部分和/或?qū)蓚€(gè)極限通帶βη η、β max的上界限B3、B4之間的間隔12細(xì)分為N+1個(gè)部分。N是大于或等于2的整數(shù)。該細(xì)分當(dāng)然僅在間隔Il或者間隔12存在的情況下進(jìn)行。如果極限通帶βη η、β max具有公共界限,則對(duì)應(yīng)的間隔為零。在第一間隔Il的兩個(gè)相鄰部分之間存在界面，該界面形成中間通帶的下界限，并且在第二間隔12的兩個(gè)相鄰部分之間存在界面，該界面形成中間通帶的上界限。上述界面在圖4中由叉示出。同一間隔Il或12的部分能夠彼此相等或不等。如果間隔Il和12不相等并且第一間隔Il的部分相等且第二間隔12的部分相等，則這意味著最窄的極限通帶β min將在其下界限B2處以步進(jìn)pi擴(kuò)大并且在其上界限處以步進(jìn)p2擴(kuò)大，從而掃過中間通帶。最終，因此存在N4個(gè)通帶,其中N4 = N+2,即兩個(gè)極限通帶β min、β max以及N個(gè)中間通帶 β int (I)、β int (2)、... β int (N)。數(shù)目N4優(yōu)選地盡可能地大，以獲得更多用于濾波的通帶。不過，必須考慮下述事實(shí)N4越大，計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)。為了選擇N4，還需要考慮可用的計(jì)算器的能力。例如，在圖4中所示的情況下，數(shù)目N4能夠等于20。工作信號(hào)因此被從β min經(jīng)由β int⑴、β int⑵、…β int (N)變化到β max的通帶的帶通濾波器濾波N4次。濾波能夠同等地按照從最窄通帶到最寬通帶或者反之從最寬通帶到最窄通帶的順序來(lái)實(shí)施，目的都是利用N4個(gè)通帶來(lái)進(jìn)行濾波。因此獲得了 N4個(gè)濾波后的信號(hào)，根據(jù)該N4個(gè)濾波后的信號(hào)能夠獲得對(duì)應(yīng)于尋找的事件的波前的位置。將尋找時(shí)變信號(hào)中的峰的傳統(tǒng)的波前位置搜尋方法應(yīng)用于這些N4個(gè)濾波后的信號(hào)中的每一個(gè)。該方法通常使用依賴于濾波后的工作信號(hào)的閾值和指示符。例如，可以使用專利申請(qǐng)F(tuán)R2883979中公開的方法。該方法是基于下述步驟使用滑動(dòng)窗對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行開窗；計(jì)算包括滑動(dòng)窗中的最優(yōu)數(shù)目的采樣的信號(hào)的能量；計(jì)算能量的方均根；以及在給定窗口中使用是方均根的函數(shù)的閾值對(duì)該方均根進(jìn)行閾值轉(zhuǎn)換。因此，當(dāng)方均根第一次超過閾值時(shí)，已經(jīng)檢測(cè)到波前的位置。由于用于定位的信號(hào)是時(shí)變信號(hào)，因此該位置是與時(shí)間相關(guān)的位置，即與發(fā)生時(shí)間相關(guān)的位置。能夠使用其它搜尋時(shí)變信號(hào)中的峰的方法，例如能夠使用在美國(guó)專利5388445中描述的方法。更一般來(lái)說(shuō)，這些方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行開窗；確定適合于在每個(gè)窗口中計(jì)算的信號(hào)的指示符和閾值；以及將指示符與閾值進(jìn)行比較，如果指示符超過閾值則檢測(cè)到波前。一旦在N4個(gè)濾波后的工作信號(hào)中的每一個(gè)中識(shí)別出波前的位置，則驗(yàn)證這些波前是否對(duì)應(yīng)于尋找的事件并且由此盡可能準(zhǔn)確地獲得波前的位置。每個(gè)波前位置被使得對(duì)應(yīng)于使用的帶通濾波器的通帶的寬度。因此獲得N4個(gè)點(diǎn)并且將其放置在笛卡爾坐標(biāo)系中，該笛卡爾坐標(biāo)系的縱坐標(biāo)軸是波前的位置(即，發(fā)生的時(shí)間)并且橫坐標(biāo)軸是通帶的寬度。如果該N4個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于同一波前，則他們位于或基本上位于指數(shù)漸近線上(參見圖5A、5B、5C)。 對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波的效果在于相對(duì)于濾波之前的數(shù)字信號(hào)延遲濾波后的數(shù)字信號(hào)。如果使用帶通濾波器進(jìn)行濾波，則由濾波引起的延遲隨著濾波器的通帶的寬度指數(shù)地變化。因此，目的在于找到經(jīng)過最多可能數(shù)目的點(diǎn)的指數(shù)漸近線。尋找的該指數(shù)漸近線是對(duì)于最窄通帶趨于無(wú)窮而對(duì)于最寬通帶趨于零的遞減曲線。在圖5A中，縱坐標(biāo)值在從580至720毫秒的范圍上變化。如果確定的大多數(shù)點(diǎn)具有遠(yuǎn)離零并且因此遠(yuǎn)離縱坐標(biāo)軸的橫坐標(biāo)，則會(huì)難以確定指數(shù)漸近線。為了便于搜尋漸近線，優(yōu)選的是將值的范圍在點(diǎn)的縱坐標(biāo)軸上朝向橫坐標(biāo)軸平移被稱為平移距離的給定距離。圖5B示出了該變化，其中平移距離具有值600毫秒。之前處于600毫秒處的縱坐標(biāo)現(xiàn)在對(duì)應(yīng)于零秒。為了選擇平移距離，使最小的縱坐標(biāo)在平移之后具有幾乎為零但不是零的值就足夠了。注意，在圖5B中，兩個(gè)點(diǎn)沒有擬合到其上布置有其它點(diǎn)的指數(shù)漸近線。這意味著，這些點(diǎn)與噪聲相關(guān)并且不與隨著使用的帶通濾波器的通帶的寬度的變化指數(shù)地移位的濾波后的信號(hào)相關(guān)。這兩個(gè)點(diǎn)因此必須被丟棄，在圖5C中已經(jīng)完成了該丟棄。通過該表示，對(duì)應(yīng)于尋找的事件的波前的位置是位于或基本上位于指數(shù)漸近線上的具有最大橫坐標(biāo)并且因此對(duì)應(yīng)于最寬通帶的點(diǎn)的縱坐標(biāo)。濾波在該點(diǎn)引起最小延遲?？吹降氖?，由濾波引起的延遲是可忽略的。當(dāng)然，在現(xiàn)有技術(shù)中，該延遲并不存在。然而，在本發(fā)明的方法中，確定的是，識(shí)別出的波前對(duì)應(yīng)于尋找的事件，而在現(xiàn)有技術(shù)中，識(shí)別出的波前可能對(duì)應(yīng)于噪聲并且沒有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)。如果點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)行平移，則檢測(cè)到的位置事實(shí)上是未進(jìn)行處理的位置。在圖5C中，未進(jìn)行處理的位置對(duì)應(yīng)于2毫秒。其縱坐標(biāo)接近零的最后兩個(gè)點(diǎn)遠(yuǎn)離指數(shù)漸近線并且被丟棄。如果為了尋找指數(shù)漸近線而已經(jīng)進(jìn)行了平移，則找到的縱坐標(biāo)(即，未進(jìn)行處理的位置)顯然必須進(jìn)行校正并且需要將平移距離與其相加以便于獲得尋找的位置。該尋找的位置然后處于602毫秒的時(shí)間。為了便于搜尋指數(shù)漸近線，假設(shè)已經(jīng)使用了大量通帶用于濾波并且數(shù)目N4很大(例如，幾百)，在搜尋指數(shù)漸近線之前，能夠相對(duì)于其在橫坐標(biāo)軸上的之前和之后的最近的鄰居的縱坐標(biāo)驗(yàn)證每個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)。范圍I至N4的等級(jí)被分配給每個(gè)點(diǎn)，等級(jí)I的點(diǎn)具有最小的橫坐標(biāo)并且等級(jí)N4的點(diǎn)具有最大的橫坐標(biāo)。這驗(yàn)證了在具有連續(xù)的橫坐標(biāo)的順序?yàn)镻-1、P、P+1的三個(gè)點(diǎn)的組中，該組的三個(gè)點(diǎn)具有減小的縱坐標(biāo)，即處于2和N4之間的等級(jí)P的中間點(diǎn)的縱坐標(biāo)低于橫坐標(biāo)軸上之前的等級(jí)P-I的點(diǎn)的縱坐標(biāo)并且高于橫坐標(biāo)軸上之后的等級(jí)P+1的點(diǎn)的縱坐標(biāo)。如果不是這樣，則這意味著該組三個(gè)點(diǎn)中的一個(gè)點(diǎn)中斷了縱坐標(biāo)的遞減趨勢(shì)并且必須被丟棄。該處理逐點(diǎn)地繼續(xù)，即等級(jí)Ρ、Ρ+1、Ρ+2的三個(gè)點(diǎn)或者等級(jí)P-2、P-UP的三個(gè)點(diǎn)。更 一般地，使用與之前的一組三個(gè)點(diǎn)具有公共的兩個(gè)點(diǎn)的另外的一組三個(gè)點(diǎn)，或者如果在驗(yàn)證之后丟棄了一個(gè)點(diǎn)則能夠使用與之前的一組三個(gè)點(diǎn)僅具有公共的一個(gè)點(diǎn)的另外一組三個(gè)點(diǎn)。這些連續(xù)的驗(yàn)證繼續(xù)直到最后的點(diǎn)，丟棄一組三個(gè)點(diǎn)中不滿足縱坐標(biāo)隨著橫坐標(biāo)的增大而減小的條件的任何點(diǎn)。然而，最終必須剩余足以計(jì)算指數(shù)漸近線的整數(shù)N5個(gè)點(diǎn)，該數(shù)目N5大于或等于N4的一半。如果在驗(yàn)證了兩個(gè)一組選取的點(diǎn)的縱坐標(biāo)之后沒有剩余足夠的點(diǎn)，則這意味著沒有使用足夠的通帶來(lái)進(jìn)行濾波并且必須增加更多通帶。本發(fā)明的方法因此驗(yàn)證在濾波后的工作信號(hào)中檢測(cè)到的波前沒有對(duì)應(yīng)于噪聲而是對(duì)應(yīng)于尋找的事件。利用不同的通帶進(jìn)行濾波消除了一些噪聲并且尋找指數(shù)漸近線消除了更多噪聲。如果進(jìn)行比較兩個(gè)相鄰點(diǎn)的縱坐標(biāo)的步驟則簡(jiǎn)化指數(shù)漸近線的計(jì)算并且這進(jìn)一步減少了噪聲對(duì)于漸近線的計(jì)算的影響。本發(fā)明的確定方法花費(fèi)了比現(xiàn)有技術(shù)的方法更長(zhǎng)的時(shí)間，這是因?yàn)楸仨氈貜?fù)N4次濾波并且必須確定指數(shù)漸近線。然而，獲得結(jié)果比現(xiàn)有技術(shù)可靠得多。下面描述了從由諸如變換器的電氣設(shè)備中的聲學(xué)檢測(cè)器實(shí)施的測(cè)量獲得的三個(gè)數(shù)字化的工作信號(hào)。在圖6A中，在操作位置處進(jìn)行測(cè)量，在圖6B中，在工廠進(jìn)行測(cè)量，并且在圖6D中在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)量。這些信號(hào)包含逐步減少的噪聲。連續(xù)線箭頭標(biāo)記其中僅通過一個(gè)帶通濾波器對(duì)工作信號(hào)進(jìn)行一次濾波的標(biāo)準(zhǔn)波前檢測(cè)方法檢測(cè)到的波前的位置。在圖6A中由連續(xù)線示出的檢測(cè)到的波前不對(duì)應(yīng)于尋找的事件(部分放電)。該尋找的事件在由點(diǎn)劃線標(biāo)記的時(shí)間發(fā)生。標(biāo)準(zhǔn)方法因此不能夠檢測(cè)到部分放電的發(fā)生。對(duì)于圖6B也是如此。這兩個(gè)環(huán)境對(duì)于自動(dòng)波前搜尋來(lái)說(shuō)太嘈雜而使其是不可靠的。該搜尋檢測(cè)到由噪聲引起的較早的波前。圖6C的曲線是在檢測(cè)到的波前附近的圖6B的曲線的放大。圖6D示出了實(shí)驗(yàn)室中的法拉第籠內(nèi)測(cè)量的工作信號(hào)，該法拉第籠提供了屏蔽該籠的外部的噪聲的環(huán)境。現(xiàn)有技術(shù)的方法識(shí)別對(duì)應(yīng)于尋找的事件的波前的位置或者無(wú)法識(shí)別這樣的波前的位置，這取決于信號(hào)的特性。在圖6D中，檢測(cè)到的位置是可靠的，并且在圖6E中，檢測(cè)到的位置是不可靠的。在圖6E中，信號(hào)非常明顯地處于開始處并且在傳統(tǒng)的波前檢測(cè)方法中使用的指示符過于靈敏。最小的脈沖都將會(huì)看起來(lái)像是對(duì)應(yīng)于尋找的事件的波前。使用較不靈敏的指示符將證實(shí)在如圖6D中所示的較嘈雜的信號(hào)或者具有較不尖銳的波前的信號(hào)的情況下是有問題的。在圖7A中，示出了在循環(huán)多次濾波的情況下應(yīng)用本發(fā)明的方法的圖6A的工作信號(hào)。檢測(cè)到的波前對(duì)應(yīng)于尋找的事件并且不對(duì)應(yīng)于噪聲。其位置由豎直箭頭標(biāo)記。如圖7B1至7B9中所示，已經(jīng)進(jìn)行了 9次濾波。使用的帶通濾波器的通帶從圖7B1到圖7B9逐漸地減小。在圖7B1、7B2、7B7中，檢測(cè)到的位置不是令人滿意的。顯然的是，在一開始，信號(hào)沒有進(jìn)行多少濾波(圖7B1、7B2)但是看到的是，在給定的較窄的濾波器的情況下，結(jié)果不總是滿意的(圖7B7)。圖7C示出了利用圖6B的在工廠中測(cè)量的工作信號(hào)開始的9次循環(huán)濾波操作的情況下使用本發(fā)明的方法獲得的波前的位置。檢測(cè)更加可靠。注意的是，檢測(cè)到的位置相對(duì)于圖6B中在點(diǎn)劃線中指示的位置來(lái)說(shuō)略微地延遲。該延遲是由濾波引起的并且是可忽略的。圖7D和7E使用來(lái)自圖6D和6E的信號(hào)。對(duì)于這兩個(gè)信號(hào)，循環(huán)濾波方案給出了非常滿意的結(jié)果。在傳統(tǒng)方法將會(huì)給出滿意的結(jié)果(例如，圖6D)的情況下，本發(fā)明的方法導(dǎo)致了沒有或?qū)嶋H上沒有延遲的檢測(cè)，這是因?yàn)樵诟鳛V波操作期間檢測(cè)到的所有點(diǎn)都位于指數(shù)漸近線上。顯而易見的，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下能夠?qū)λ枋龅氖纠M(jìn)行各種改變 和修改。特別地，能夠使用其它峰搜尋方法。給出的數(shù)M、N、N1、N2、N3、N4的值都不構(gòu)成對(duì)于本發(fā)明的限制，并且能夠顯而易見地與所考慮的信號(hào)采樣相關(guān)地改變。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)由檢測(cè)器接收到的時(shí)變信號(hào)中反映尋找的事件的發(fā)生的波前的位置的方法，其中: 對(duì)由所述檢測(cè)器接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化以產(chǎn)生工作信號(hào)； 利用帶通濾波器對(duì)所述工作信號(hào)進(jìn)行N4次濾波(N4是大于或等于3的整數(shù))，同時(shí)改變所述帶通濾波器的通帶的寬度N4次，從而獲得N4個(gè)濾波后的工作信號(hào)，N4個(gè)通帶從最寬到最窄一個(gè)包含在另一個(gè)之中； 通過峰檢測(cè)方法處理所述N4個(gè)濾波后的工作信號(hào)中的每一個(gè)以在每個(gè)信號(hào)中檢測(cè)根據(jù)發(fā)生時(shí)間的第一波前的位置； 對(duì)所述工作信號(hào)進(jìn)行濾波所使用的通帶的寬度與每個(gè)發(fā)生時(shí)間相關(guān)聯(lián)； 定義N4個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)具有是發(fā)生時(shí)間之一的縱坐標(biāo)和是關(guān)聯(lián)的帶的寬度的橫坐標(biāo)； 所述N4個(gè)點(diǎn)被布置在笛卡爾坐標(biāo)系中；以及 搜尋擬合所述N4個(gè)點(diǎn)中最多數(shù)目的點(diǎn)的指數(shù)漸近線，反映所述尋找的事件的發(fā)生的波前的位置是具有最大橫坐標(biāo)并且處于或者幾乎處于所述指數(shù)漸近線上的點(diǎn)的縱坐標(biāo)。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，使用所述工作信號(hào)中的NI個(gè)采樣(NI是整數(shù))來(lái)計(jì)算離散傅立葉變換并且將該離散傅立葉變換用于定義最窄通帶(βπ η)的界限(Β2，Β3)和最寬通帶(β max)的界限(B1,B4)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中 為了定義所述最窄通帶(βπ η)的界限(Β2，Β3) 在所述離散傅立葉變換中選擇具有最大振幅的Ν2個(gè)采樣(Ν2是小于NI的整數(shù))； 所述最窄通帶(βπ η)被指派有是所述Ν2個(gè)采樣的最低頻率的下界限(Β2)和是所述Ν2個(gè)采樣的最高頻率的上界限(Β3);并且 為了定義所述最寬通帶(Pmax)的界限 在所述離散傅立葉變換中選擇具有最大振幅的Ν3個(gè)采樣(Ν3是比Ν2大得多但是小于NI的整數(shù))； 所述最寬通帶(Pmax)被指派有是所述Ν3個(gè)采樣的最低頻率的下界限(BI)和是所述Ν3個(gè)采樣的最高頻率的上界限(Β4);并且 對(duì)兩個(gè)條件進(jìn)行驗(yàn)證，即所述最寬通帶(Pmax)和所述最窄通帶(βπ η)至少具有一個(gè)不同的下界限(BI，Β2)或一個(gè)不同的上界限(Β3，Β4)，以及所述最窄通帶(β min)包含在所述最寬通帶(Pmax)內(nèi)；如果不是這樣，則移位所述最窄通帶(βπ η)和/或所述最寬通帶(Pmax)的界限(B1，B2，B3，B4)中的至少一個(gè)以滿足所述兩個(gè)條件。
4.如權(quán)利要求2或權(quán)利要求3所述的方法，其中，在定義所述最窄通帶(βπ η)的邊界(Β2，Β3)和所述最寬通帶(Pmax)的邊界(BI，Β4)之前對(duì)所述離散傅立葉變換進(jìn)行平滑。
5.如權(quán)利要求2至4中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，通過下述方式來(lái)定義一個(gè)包含在另一個(gè)之內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)中間通帶(Pint (I), Pint (2)):如果在所述最寬通帶(Pmax)的下界限(BI)和所述最窄通帶(βπ η)的下界限(Β2)之間存在第一間隔(II)，則將所述最寬通帶(Pmax)的下界限(BI)和所述最窄通帶(β min)的下界限(B2)之間的所述第一間隔(Il)細(xì)分為N+1個(gè)部分(N是大于或等于I的整數(shù))和/或如果在所述最寬通帶(^max)的上界限(B4)和所述最窄通帶(β min)的上界限(B3)之間存在第二間隔(12)，則將所述最寬通帶(Pmax)的上界限(B4)和所述最窄通帶(β min)的上界限(B3)之間的所述第二間隔(12)細(xì)分為N+1個(gè)部分，其中所述第一間隔(Il)的兩個(gè)相鄰部分之間的界面形成中間通帶(Pint(I))的下界限并且所述第二間隔(12)的兩個(gè)相鄰部分之間的界面形成中間通帶(i3int(2))的上界限。
6.如權(quán)利要求I至5中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，當(dāng)將所述N4個(gè)點(diǎn)布置在笛卡爾坐標(biāo)系中時(shí)，所述N4個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)平移通過一定距離從而在所述平移之后，具有最低縱坐標(biāo)的點(diǎn)具有幾乎為零的縱坐標(biāo)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，通過將平移的距離與對(duì)應(yīng)于所述尋找的事件的波前的位置相加來(lái)對(duì)對(duì)應(yīng)于所述尋找的事件的波前的位置進(jìn)行校正。
8.如前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在漸近線搜尋步驟之前，選擇具有連續(xù)增大的橫坐標(biāo)的三個(gè)點(diǎn)的組來(lái)驗(yàn)證這三個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)是減小的，從而如果這三個(gè)點(diǎn)中的任何點(diǎn)沒有滿足該縱坐標(biāo)減小的條件則將其丟棄；并且利用包括來(lái)自該組三個(gè)點(diǎn)中的至少一個(gè)點(diǎn)的下一組三個(gè)點(diǎn)逐步地重復(fù)該驗(yàn)證。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，一旦被丟棄的點(diǎn)的數(shù)目達(dá)到N4的一半就立即停止進(jìn)行比較。
10.如權(quán)利要求I至9中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述檢測(cè)器(5)是聲學(xué)檢測(cè)器，所述尋找的事件是由放置在包含聲導(dǎo)流體的外殼(2)中的電氣設(shè)備(I)中的部分放電源(S)引起的部分放電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)由檢測(cè)器接收到的時(shí)間信號(hào)中反映尋找的事件的發(fā)生的波前的位置的方法，其中對(duì)由檢測(cè)器接收到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化以獲得工作信號(hào)；利用帶通濾波器對(duì)該工作信號(hào)進(jìn)行N4次濾波，以獲得具有不同通帶的N4個(gè)濾波后的工作信號(hào)；根據(jù)峰檢測(cè)方法處理該N4個(gè)濾波后的工作信號(hào)以對(duì)于每個(gè)信號(hào)檢測(cè)根據(jù)到達(dá)時(shí)間的第一波前的位置；N4個(gè)點(diǎn)被布置在參考系中，每個(gè)點(diǎn)具有表示到達(dá)時(shí)間之一的縱坐標(biāo)和表示關(guān)聯(lián)的帶的寬度的橫坐標(biāo)；搜尋延伸通過該N4個(gè)點(diǎn)中的最多數(shù)目的點(diǎn)的指數(shù)漸近線，波前的位置是具有最大橫坐標(biāo)并且處于或者幾乎處于該漸近線上的點(diǎn)的縱坐標(biāo)。
文檔編號(hào)H03K5/1534GK102667508SQ201080047249
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月20日
發(fā)明者R·賴布萊頓 申請(qǐng)人:奧斯特姆科技有限公司