一种基于EEMD的变压器油超声信号滤波方法和装置与流程

本发明涉及信号处理，尤其涉及一种基于eemd的变压器油超声信号滤波方法和装置。

背景技术：

1、电力变压器绝缘油介质是保护电力设备非常重要的一种绝缘材料，为了保障设备的安全稳定运行，需要定期维护和持续监测以保持其正常运行状态。通常会利用各种类型传感器测得振动、压力、声音等多种状态信号，以便于通过分析这些实测信号，确定变压器绝缘状态。

2、针对变压器油的超声信号检测，对于实测的超声信号中的有效成分，需要对其进行提取并加以利用，而对于无用噪声分量，它们的存在则会使信号中包含的有用信息失真，严重影响后续信号处理的可靠性，必须对其进行提取并加以消除。然而，除了传感器检测元器件的零漂、外界电磁场的干扰、环境等因素原因的影响，实测信号中的无效分量往往没有非常明确的物理含义，具有随机性，这给噪声等无效成分的准确提取和消除带来了诸多困难，降低了超声信号检测的准确性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于eemd的变压器油超声信号滤波方法和装置，以实现消除变压器油超声信号中的噪声，保留波形真实信息，提高信号特征提取精度和超声信号检测的准确性。

2、本发明提供了一种基于eemd的变压器油超声信号滤波方法，包括：获取变压器油液的超声原始信号；在所述超声原始信号中添加高斯白噪声，生成若干个第一信号；其中，所述高斯白噪声符合正态分布；将每个所述第一信号依次进行emd分解，获得对应的imf值；将进行emd分解后获得的对应的imf值进行总体平均计算，得到若干个imf分量；对每个所述imf分量进行分析，生成每个所述imf分量与超声原始信号之间的相关系数；对所述相关系数大于等于预设阈值的imf分量进行重构，生成滤波后的超声信号。

3、进一步地，在所述超声原始信号中添加高斯白噪声，生成若干个第一信号，具体为：

4、依次在所述超声原始信号中添加若干个高斯白噪声，分别生成对应的第一信号；其中，高斯白噪声符合正态分布；

5、所述第一信号的表达式为：xi(t)＝x(t)+wgni(t)；

6、xi(t)表示第i次添加高斯白噪声的第一信号；i＝1,2,…,i；i为高斯白噪声的数量，即集成次数；wgni(t)为第i次加入的高斯白噪声。

7、进一步地，将每个所述第一信号依次进行emd分解，获得对应的imf值，具体为：

8、emd分解后的第一信号的表达式为：

9、

10、其中，ci,j(t)为第i次加入白噪声后的第一信号分解得到的第j个imf值，ri,j(t)为第i次加入白噪声后的第一信号分解得到的第j个残余分量，j＝1,2,…,j；j为分解得到的imf的数量。

11、进一步地，将进行emd分解后获得的对应的imf值进行总体平均计算，得到若干个imf分量，具体为：

12、对每个第一信号分解得到的第j个imf值进行总体平均计算，得到对应的imf分量；

13、所述imf分量的表达式为：

14、

15、其中，cj(t)为eemd分解的第j个imf分量。

16、进一步地，对每个所述imf分量进行分析，生成每个所述imf分量与超声原始信号之间的相关系数，对所述相关系数大于等于预设阈值的imf分量进行重构，生成滤波后的超声信号，具体为：

17、利用皮尔森相关系数法计算每个所述imf分量与超声原始信号的相关系数，所述相关系数的计算表达式为：

18、

19、其中，r(j)为eemd分解的第j个imf分量cj(t)与超声原始信号x(t)的互相关系数，t为信号的长度；

20、将相关系数大于等于预设阈值的imf分量进行相加，重构为滤波后的超声信号。

21、进一步地，对所述相关系数大于等于预设阈值的imf分量进行重构，生成滤波后的超声信号之后，还包括：

22、利用信噪比snr评估滤波后的信号效果，信噪比snr的计算公式为：

23、

24、其中，xt为超声原始信号，xt为滤波后的超声信号。

25、作为优选方案，本发明通过eemd方法对原始信号进行分解得到多个本征模函数(intrinsic mode function，imf)imf信号分量，利用皮尔森相关系数法对无效的imf分量进行筛出，然后将有效的imf信号进行重构得到滤波后的超声信号，最终对重构信号进行评估。本技术实现有效消除变压器油超声信号中的噪声，保留波形真实信息，进而提高信号特征提取精度和超声信号检测的准确性。

26、相应地，本发明还提供一种基于eemd的变压器油超声信号滤波装置，包括：eemd分解模块和重构模块；

27、其中，所述eemd分解模块用于获取变压器油液的超声原始信号；在所述超声原始信号中添加高斯白噪声，生成若干个第一信号；其中，所述高斯白噪声符合正态分布；将每个所述第一信号依次进行emd分解，获得对应的imf值；将进行emd分解后获得的对应的imf值进行总体平均计算，得到若干个imf分量；

28、所述重构模块用于对每个所述imf分量进行分析，生成每个所述imf分量与超声原始信号之间的相关系数；对所述相关系数大于等于预设阈值的imf分量进行重构，生成滤波后的超声信号。

29、进一步地，eemd分解模块包括添加高斯白噪声单元、分解单元和分析单元；

30、所述高斯白噪声单元用于依次在所述超声原始信号中添加若干个高斯白噪声，分别生成对应的第一信号；其中，高斯白噪声符合正态分布；

31、所述第一信号的表达式为：xi(t)＝x(t)+wgni(t)；

32、xi(t)表示第i次添加高斯白噪声的第一信号；i＝1,2,…,i；i为高斯白噪声的数量，即集成次数；wgni(t)为第i次加入的高斯白噪声；

33、所述分解单元用于将每个所述第一信号依次进行emd分解，获得对应的imf值，具体为：

34、emd分解后的第一信号的表达式为：

35、

36、其中，ci,j(t)为第i次加入白噪声后的第一信号分解得到的第j个imf值，ri,j(t)为第i次加入白噪声后的第一信号分解得到的第j个残余分量，j＝1,2,…,j；j为分解得到的imf的数量；

37、所述分析单元用于将进行emd分解后获得的对应的imf值进行总体平均计算，得到若干个imf分量，具体为：

38、对每个第一信号分解得到的第j个imf值进行总体平均计算，得到对应的imf分量；

39、所述imf分量的表达式为：

40、

41、其中，cj(t)为eemd分解的第j个imf分量。

42、进一步地，重构模块包括相关系数计算单元和评估单元；

43、所述相关系数计算单元用于利用皮尔森相关系数法计算每个所述imf分量与超声原始信号的相关系数，所述相关系数的计算表达式为：

44、

45、其中，r(j)为eemd分解的第j个imf分量cj(t)与超声原始信号x(t)的互相关系数，t为信号的长度；

46、将相关系数大于等于预设阈值的imf分量进行相加，重构为滤波后的超声信号；

47、所述评估单元用于对所述相关系数大于等于预设阈值的imf分量进行重构，生成滤波后的超声信号之后，利用信噪比snr评估滤波后的信号效果，信噪比snr的计算公式为：

48、

49、其中，xt为超声原始信号，xt为滤波后的超声信号。

50、作为优选方案，本发明装置通过eemd分解模块对原始信号进行eemd分解得到多个本征模函数imf信号分量，利用皮尔森相关系数法对无效的imf分量进行筛出，重构模块将有效的imf信号进行重构得到滤波后的超声信号，最终对重构信号进行评估。本技术实现有效消除变压器油超声信号中的噪声，保留波形真实信息，进而提高信号特征提取精度和超声信号检测的准确性。

51、相应地，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如本
技术实现要素：
所述的一种基于eemd的变压器油超声信号滤波方法。