[發(fā)明專利]一種基于傳聲器陣列的GIS聲學(xué)信號提取方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110796773.5
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113727245A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高山;趙科;劉詠飛;楊景剛;張量;陳少波;胡成博;李洪濤;騰云;李玉杰;張照輝;徐陽;肖焓艷;馬徑坦
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學(xué)研究院;江蘇省電力試驗研究院有限公司;國網(wǎng)江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H04R3/04
• 分類號: H04R3/04;G01H17/00
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 丁博寒

本發(fā)明公開了一種基于傳聲器陣列的GIS聲學(xué)信號提取方法及系統(tǒng)，包括采集模塊，用于獲取GIS輻射出的聲信號；降噪模塊，用于對所述采集模塊獲取的GIS聲信號進(jìn)行降噪處理；PC模塊，對處理后的信號進(jìn)行顯示和儲存。本發(fā)明中，通過傳聲器陣列可以獲取聲源多方位的角度信息，提高了空間分辨率，通過構(gòu)建指向性的空間濾波器對聲信號加權(quán)濾波，接著對空間濾波后的聲信號進(jìn)一步的小波包閾值降噪，具有良好的GIS聲信號提取效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力行業(yè)噪聲振動信號采集分析技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，特別涉及一種基于傳聲器陣列的GIS聲學(xué)信號提取方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前GIS的故障診斷通常采用振動測量的方式進(jìn)行判別，該方法不受電場和磁場的干擾。由于聲音來源于振動，振動信號中包含的GIS故障信息同樣也會在聲音信號中保留下來，相較于振動信號采集，聲信號采集采用非接觸式的方式可與檢測對象相互獨(dú)立。但在GIS的實(shí)際聲信號采集過程中，周邊變壓器和電抗器等其他設(shè)備輻射出的噪聲幅值遠(yuǎn)高于GIS的運(yùn)行聲信號幅值，期望的GIS信號被淹沒在干擾噪聲之中，且期望信號與干擾信號相互耦合，不易分離。

目前通常采用聲學(xué)信號進(jìn)行GIS的故障診斷需要先對GIS輻射出的聲信號進(jìn)行采集，傳統(tǒng)的基于單傳聲器在GIS聲學(xué)故障檢測中存在一定的局限性，具體表現(xiàn)為強(qiáng)噪聲的干擾。在實(shí)際的采集環(huán)境中，背景噪聲非常大，尤其是GIS周邊其他設(shè)備的運(yùn)行噪聲，單傳聲器采集的信號為期望設(shè)備與干擾設(shè)備輻射信號的耦合，不利于GIS的故障特征聲信號的提取。

此外，傳統(tǒng)的降噪方式通常只在信號處理的后端進(jìn)行濾波，但是由于聲學(xué)診斷過程中信噪比往往較低，單一的降噪方法難以達(dá)到期望的降噪效果。

為此，我們提出一種基于傳聲器陣列的GIS聲學(xué)信號提取方法及系統(tǒng)來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于傳聲器陣列的GIS聲學(xué)信號提取方法及系統(tǒng)，該技術(shù)可以從信號處理的前端和后端對采集的信號進(jìn)行降噪，提取期望設(shè)備輻射出的聲信號，而提出的一種基于傳聲器陣列的GIS聲學(xué)信號提取方法及系統(tǒng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種基于傳聲器陣列的GIS聲學(xué)信號提取方法，包括以下步驟：

S1、利用傳聲器陣列獲取GIS的多方位角度的運(yùn)行聲信號，并進(jìn)行空間濾波，得到含噪聲信號；

S2、對得到的所述含噪聲信號記錄并進(jìn)行數(shù)字化處理，得到含噪聲信號數(shù)據(jù)；

S3、對得到的所述含噪聲信號數(shù)據(jù)進(jìn)行小波包分解處理；

S4、對小波包分解后的信號進(jìn)行閾值降噪處理，分離了GIS期望信號與干擾噪聲，得到降噪信號；

S5、將得到的所述降噪信號可視化投屏。

優(yōu)選的，所述S1中傳聲器陣列獲取GIS運(yùn)行聲信號采用的是遠(yuǎn)場聲源信號模型，其中：S為遠(yuǎn)場聲源，L₁…L_M表示的是傳聲器陣列中的M個陣元，d為相鄰兩個傳聲器之間的距離，θ為遠(yuǎn)場聲源的入射角度，根據(jù)傳聲器的分布位置不同，不同位置上的陣元接收到的信號會存在一定的時間延遲，以第一個陣元作為參考，則聲信號到達(dá)其他傳聲器的時間相對于第一個傳聲器的時間延遲為：

τ_m＝dcosθ/c，m＝1,2,…,M

波束形成的輸出為：

通過對權(quán)重w_m進(jìn)行設(shè)置空間濾波的俯仰角，聚焦期望方向上的信號。

一種基于傳聲器陣列的GIS聲學(xué)信號提取的系統(tǒng)，包括：

采集模塊，用于獲取GIS輻射出的聲信號；