一種基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法及實(shí)現(xiàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法及實(shí)現(xiàn)裝置，利用所述的基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法的實(shí)現(xiàn)裝置對電網(wǎng)電壓信號進(jìn)行離散化采樣，得到采樣后的電壓信號，運(yùn)用Teager能量算子對采樣后的電壓信號進(jìn)行解調(diào)，并對Teager能量算子解調(diào)后的信號做短時(shí)傅里葉變換，得到二維復(fù)數(shù)矩陣以及頻率幅值曲線，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)電壓信號中電壓包絡(luò)信號提取。本發(fā)明基于Teager能量算子及短時(shí)傅里葉變換的電壓包絡(luò)提取方法具有較高的準(zhǔn)確度，與傳統(tǒng)電壓包絡(luò)提取方法及裝置相比較，易于實(shí)現(xiàn)且檢測結(jié)果更加準(zhǔn)確。
【專利說明】一種基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法及實(shí)現(xiàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電壓包絡(luò)的提取以及采樣電路領(lǐng)域，特別的涉及一種基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法及實(shí)現(xiàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電能的需求量日益增加，對電能質(zhì)量的要求也越來越高。高質(zhì)量的電能對于保證電網(wǎng)和電氣設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、增強(qiáng)國民經(jīng)濟(jì)的總體效益、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及保障居民正常生活有著重要的意義，電能質(zhì)量問題受到了全世界的廣泛關(guān)注。為改善和提高電能質(zhì)量，系統(tǒng)地分析和研究電能質(zhì)量問題，找出引起電能質(zhì)量問題的原因并采取針對性的解決辦法，對電能質(zhì)量進(jìn)行檢測是首先要解決的問題，而電能質(zhì)量檢測過程中電壓包絡(luò)提取對于電能質(zhì)量的分析顯得尤為重要，準(zhǔn)確而實(shí)時(shí)的提取電壓包絡(luò)并對電能質(zhì)量進(jìn)行分析，對改善電能質(zhì)量起到積極作用。
[0003]目前關(guān)于電壓包絡(luò)提取的方案有很多，比如小波變換、Hilbert變換方法、Teager能量算子等。其中小波變換在應(yīng)用中難以保證獲得的同步信號與實(shí)際工頻電壓信號的頻率、相位相一致，從而帶來測量誤差；采用Hilbert變換，對應(yīng)濾波器的沖擊響應(yīng)是時(shí)域上無限延伸的非因果型，理論上必須知道信號的采樣值，才能求出它的正交信號，因此計(jì)算量大，而且無法實(shí)現(xiàn)對電壓瞬時(shí)幅值的實(shí)時(shí)監(jiān)測Jeager能量算子是一個(gè)非線性算子，Teager能量算子計(jì)算簡單，適于信號的實(shí)時(shí)檢測處理與嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。Teager能量算子能夠跟蹤信號的瞬時(shí)能量，解決頻帶信號的快速檢測問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法及實(shí)現(xiàn)裝置，能夠準(zhǔn)確而實(shí)時(shí)的對電網(wǎng)電壓包絡(luò)進(jìn)行提取，從而實(shí)現(xiàn)對電壓信號的快速檢測。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的解決方案為:利用基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法和基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法的實(shí)現(xiàn)裝置對電壓信號進(jìn)行離散化采樣，得到采樣后的電壓信號，運(yùn)用Teager能量算子對采樣后的電壓信號進(jìn)行解調(diào)，并對Teager能量算子解調(diào)后的信號做短時(shí)傅里葉變換，得到二維復(fù)數(shù)矩陣以及頻率幅值曲線，實(shí)現(xiàn)對電壓信號中電壓包絡(luò)信號提取；
[0006]所述的基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法具體包括以下步驟:
[0007]a.電網(wǎng)A、B、C三相電壓經(jīng)壓敏電阻、限流電阻以及電壓互感器轉(zhuǎn)變?yōu)榉夏?shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L輸入要求的小幅值電壓信號；
[0008]b.步驟a中得到的符合模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L輸入要求的小幅值電壓信號經(jīng)過濾波電容，濾除極高頻干擾，再經(jīng)過低通抗混疊濾波器，濾除高頻干擾，將濾波后的電壓信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L ；
[0009]c.模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L將步驟b得到的濾波后的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；[0010]d.步驟c得到的數(shù)字量通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L的SPI通信接口送入數(shù)字信號處理器 TMS320VC5502 ；
[0011]e.數(shù)字信號處理器TMS320VC5502對所采集的電壓數(shù)字量進(jìn)行處理，設(shè)所采集的電壓數(shù)字量為X (k)，對X (k)進(jìn)行Teager能量算子解調(diào)，得到Teager能量算子分解后的信號Ψ(χΟΟ)，具體計(jì)算公式為:
[0012]ψ (X (k)) =x (k) 2-x (k+1) x (k_l)
[0013]f.對Teager能量算子解調(diào)后的信號Ψ (x(k))進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，得到二維復(fù)數(shù)矩陣Fstft(m，η)以及頻率幅值曲線，具體計(jì)算公式為:
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法及實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，利用基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法和基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法的實(shí)現(xiàn)裝置對電壓信號進(jìn)行離散化采樣，得到采樣后的電壓信號，運(yùn)用Teager能量算子對采樣后的電壓信號進(jìn)行解調(diào)，并對Teager能量算子解調(diào)后的信號做短時(shí)傅里葉變換，得到二維復(fù)數(shù)矩陣以及頻率幅值曲線，實(shí)現(xiàn)對電壓信號中電壓包絡(luò)信號提取； 所述的基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法具體包括以下步驟: a.電網(wǎng)A、B、C三相電壓經(jīng)壓敏電阻、限流電阻以及電壓互感器轉(zhuǎn)變?yōu)榉夏?shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L輸入要求的小幅值電壓信號； b.步驟a中得到的符合模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L輸入要求的小幅值電壓信號經(jīng)過濾波電容，濾除極高頻干擾，再經(jīng)過低通抗混疊濾波器，濾除高頻干擾，將濾波后的電壓信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L ； c.模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L將步驟b得到的濾波后的電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量； d.步驟c得到的數(shù)字量通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L的SPI通信接口送入數(shù)字信號處理器 TMS320VC5502 ； e.數(shù)字信號處理器TMS320VC5502對所采集的電壓數(shù)字量進(jìn)行處理，設(shè)所采集的電壓數(shù)字量為x(k)，對x(k)進(jìn)行Teager能量算子解調(diào)，得到Teager能量算子分解后的信號Ψ(χΟΟ)，具體計(jì)算公式為:
Ψ (X (k)) =x (k) 2-x (k+1) X (k-1) f.對Teager能量算子解調(diào)后的信號Ψ(χ(10)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換，得到二維復(fù)數(shù)矩陣^^(!11，11)以及頻率幅值曲線，具體計(jì)算公式為:

2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述的基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法的實(shí)現(xiàn)裝置包括電壓測量信號變換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及SPI通信模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的基于時(shí)頻變換的電壓包絡(luò)提取方法的實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，所述的電壓測量信號變換電路包括壓敏電阻、限流電阻、傳感器、取樣電阻、濾波電容以及低通抗混疊濾波器；所述傳感器采用電壓互感器，其型號為PT03C，其中電壓互感器一次線圈的兩端分別串接限流電阻，再并聯(lián)壓敏電阻并入電網(wǎng)，電壓互感器二次線圈并聯(lián)取樣電阻和濾波電容，再連接低通抗混疊濾波器；所述壓敏電阻型號為MYG-32D911K，起到防雷的作用；所述低通抗混疊濾波器采用電阻和電容構(gòu)成的RC無源濾波電路，電壓互感器二次線圈并聯(lián)取樣電阻后輸出的電壓信號，其線性度優(yōu)于0.1%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L、有源晶振以及基準(zhǔn)電壓芯片ADR127，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L為16位六通道具有同步采樣功能的芯片，采樣速率設(shè)置為64kHz ;有源晶振頻率為16.384MHz，為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L提供主時(shí)鐘；基準(zhǔn)電壓芯片ADR127為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L提供1.25V基準(zhǔn)電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述SPI通信模塊采用四線SPI通信，實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L與數(shù)字信號處理器TMS320VC5502之間的通信功能，SPI通信模塊中模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L作為主機(jī)，數(shù)字信號處理器TMS320VC5502作為從機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L第12引腳SCLK通過串聯(lián)一個(gè)100 Ω電阻與數(shù)字信號處理器TMS320VC5502第17引腳CLKRO相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L第14引腳SDO通過串聯(lián)一個(gè)100 Ω電阻與數(shù)字信號處理器TMS320VC5502第18引腳DRO相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L第17引腳SDI通過串聯(lián)一個(gè)100 Ω電阻與數(shù)字信號處理器TMS320VC5502第22引腳DXO相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L第16引腳SDIFS和第15引腳SDOFS連接后，通過串聯(lián)一個(gè)100 Ω電阻與數(shù)字信號處理器TMS320VC5502第19引腳FSRO相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的裝置，其特征在于，所述SPI通信模塊，其串口輸入和輸出數(shù)據(jù)使用相同的幀同步信號和時(shí)鐘信號均由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD73360L提供，其中電網(wǎng)A、B、C三相電壓的采樣率為64kHz，一個(gè)基波周期20ms內(nèi)，電網(wǎng)A、B、C三相電壓的采樣數(shù)據(jù)為7680Byte，通信速率設(shè)置為8.192MHz。
【文檔編號】G01R19/25GK103472296SQ201310454605
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】溫和, 吳禹, 滕召勝, 姚文軒, 唐求, 孟卓, 左培麗, 高云鵬, 王康, 張海煥, 李峰 申請人:湖南大學(xué)