一种基于声纹成像的GIS故障诊断方法及系统与流程

技术特征：
1.一种基于声纹成像的gis故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、采集gis辐射出的声信号；s2、对所述步骤s1中采集的gis辐射出的声信号进行时频分析和特征提取，对异常声源的位置进行定位；s3、对采集到的声信号进行emd分解，并求取分解后imf分量的一维谱熵，作为训练样本代入svm模型模块中得到故障类型；s4、将步骤s2和s3得到的故障诊断结果进行可视化处理，并同时进行存储和报警提醒。2.根据权利要求1所述的一种基于声纹成像的gis故障诊断方法，其特征在于，所述步骤s1中，采集gis辐射出的声信号所用的设备为传声器阵列和数据采集仪，两者之间采用数据线连接；传声器阵列获取gis辐射出的声信号采用的是远场声源信号模型：式中，r为声源与传声器阵列中心的距离，l为各传声器之间的间距，λ为声信号的波长；根据传声器的分布位置不同，不同位置上的传声器接收到的信号存在一定的时间延迟，以第一个传声器作为参考，则声信号到达其他传声器的时间相对于第一个传声器的时间延迟为：τ
m
＝dcosθ/c，m＝1,2,λ,m，式中，c为声速，d为相邻两个传声器之间的距离，θ为远场声源的入射角度，τ
m
为时间延迟，m为阵元数；阵列波束形成的输出为：式中，w
m
为加权系数，p
m
为所对应阵元接收到的复声压信号，t为时间；用矢量表示上式可得：式中，x(t)为阵列的m
×
1维快拍数据矢量，w(θ)为各传声器的方向矢量，p(t)为阵列接受的空间信号源矢量，为m阵元所对应的输出。3.根据权利要求1所述的一种基于声纹成像的gis故障诊断方法，其特征在于，所述声信号的emd分解包括以下步骤：a、令原始信号为x(t)，为获取信号的上下包络线，首先找出所需的极大值点和极小值点，对这两类点用插值的方式分别拟合原始信号的波形，构造出上包络线和下包络线；b、计算上下包络线的平均值m1，并计算h1＝x(t)-m1，若h1满足imf分量的条件，则令h1为imf1，并进入下一个循环；c、若h1不满足条件，将h1替代原始信号x(t)，并重复步骤a和步骤b，得到h2，并判断新生成的h2是否满足上述条件，若还未满足条件，继续循环步骤a和步骤b，直到获得满足条件的imf1；d、若h1为imf1，则为计算下一个imf分量，需要将h1从原始信号x(t)中分离出来，得到可
以继续分解的信号：r1＝x(t)-imf1；e、将r1替代需要分解的信号，重复循环步骤a-d，循环至满足结束条件，最终得到n个满足条件的imf分量和残差r
n
，信号x(t)表示为：计算各个imf分量的一维谱熵：式中，q(j)为第j个功率谱在整个imf中所占的百分比；n为imf包含的谱线条数；f、最后将这些imf分量的一维谱熵作为样本代入svm模型模块中训练样本，得到具体故障类型的诊断结果。4.根据权利要求3所述的一种基于声纹成像的gis故障诊断方法，其特征在于，步骤e中，所述的结束条件为r
n
的极值点数小于两个。5.根据权利要求3所述的一种基于声纹成像的gis故障诊断方法，其特征在于，分解得到的imf分量需要满足以下两个条件：条件一、在所需要分解的信号中，极点数和过零点数的差值需要控制在一个以内；条件二、在任意时刻，信号中由极大值点插值所构建的上包络线和极小值点所构建的下包络线均值为零。6.一种基于声纹成像的gis故障诊断系统，其特征在于，包括：采集模块(1)，用于采集gis辐射出的声信号；成像定位模块(2)，用于对采集的gis辐射出的声信号进行时频分析和特征提取，定位异常声源位置；故障诊断模块(3)，用于对采集到的声信号进行emd分解，并求取分解后imf分量的一维谱熵，作为训练样本代入svm模型模块中得到故障类型；pc模块(4)，将成像定位模块(2)和故障诊断模块(3)得到的故障诊断结果进行可视化处理，并将故障诊断结果存储于存储器中，若故障诊断模块中判断gis设备出现故障，会触发pc模块中的报警器。7.根据权利要求6所述的一种基于声纹成像的gis故障诊断系统，其特征在于，所述采集模块(1)包括传声器阵列(11)和数据采集仪(12)，两者之间采用数据线连接。8.根据权利要求6所述的一种基于声纹成像的gis故障诊断系统，其特征在于，所述成像定位模块(2)包括时频分析模块(21)和声源定位模块(22)，声源定位模块(22)用于定位异常声源位置，时频分析模块(21)用于对采集的gis辐射出的声信号进行时频分析。9.根据权利要求6所述的一种基于声纹成像的gis故障诊断系统，其特征在于，所述故障诊断模块(3)包括特征提取模块(31)和svm模型模块(32)；所述的特征提取模块(31)对采集到的声信号进行emd分解，并求取分解后imf分量的一维谱熵，所述的一维谱熵作为训练样本代入svm模型模块(32)中，得到诊断结果。10.根据权利要求6所述的一种基于声纹成像的gis故障诊断系统，其特征在于，所述pc模块(4)包括显示屏(41)、存储器(42)和报警器(43)。

技术总结
本发明公开了一种基于声纹成像的GIS故障诊断方法及系统。本发明的诊断系统包括采集模块、成像定位模块、故障诊断模块和PC模块；本发明的诊断方法为：通过声成像方法定位异常声信号，再对采集到的GIS声信号做EMD自适应分解，并计算各个IMF分量的一维谱熵作为特征元素代入SVM中，能够对GIS的多种故障类型进行一次性的诊断判别，简单快捷，可以避免故障源辐射出的声信号被其他干扰源所覆盖，一定程度上可以提高传声器阵列对期望方向上的声学特征采集效果，避免影响后续的故障诊断。避免影响后续的故障诊断。避免影响后续的故障诊断。


技术研发人员：王劭鹤 金涌涛 赵琳 杨勇 董雪松 陈孝信 王绍安 王枭 王涛
受保护的技术使用者：上海睿深电子科技有限公司
技术研发日：2021.08.24
技术公布日：2022/1/11