本發(fā)明涉及故障檢測領(lǐng)域，具體涉及一種變壓器故障檢測裝置。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中的變壓器故障檢測多為電力維護(hù)人員巡查檢測，這樣的檢測方法有一定的盲目性，且常常維修工作要在事故發(fā)生之后，人們的生命財產(chǎn)安全得不到有效的保障，也不利于維護(hù)人員及時發(fā)現(xiàn)問題解決問題。由于變壓器發(fā)生不同故障時會發(fā)出不同的異響，因此完全有可能可以通過分析異響來判斷變壓器的故障情況，進(jìn)而做出準(zhǔn)確的維護(hù)工作。

在音頻壓縮方面，常常應(yīng)用帶改進(jìn)的離散余弦變換，所謂改進(jìn)的離散余弦變換(modifieddiscretecosinetransform,mdct)是一種與傅立葉變換相關(guān)的變換，以第四型離散余弦變換(dct-iv)為基礎(chǔ)，重疊性質(zhì)如下：它是應(yīng)用于處理較大的資料集合，當(dāng)連續(xù)的資料區(qū)塊中，當(dāng)前的資料區(qū)塊跟后續(xù)的資料區(qū)塊有重疊到的情形；即當(dāng)前資料區(qū)塊的后半段與下一個資料區(qū)塊的前半段為重疊的狀態(tài)。

在音頻解碼方面，開源解碼器libmad(mpegaudiodecoder)是一個開源的高精度mpeg音頻解碼庫，支持mpeg-1(layeri,layerii和layeriii-也就是mp3)。開源解碼器libmad(mpegaudiodecoder)提供24-bit的pcm輸出，完全是定點(diǎn)計算，非常適合沒有浮點(diǎn)支持的平臺上使用。使用libmad提供的一系列api，就可以非常簡單地實(shí)現(xiàn)mp3數(shù)據(jù)解碼工作。

非負(fù)矩陣分解是針對非負(fù)的矩陣進(jìn)行分解降維的概念，最早由兩位科學(xué)家d.d.lee和h.s.seung與1999年在《nature》雜志上提出。非負(fù)矩陣分解通過低秩，對那些都為非負(fù)值得矩陣進(jìn)行分解。非負(fù)矩陣分解在感知哈希技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明旨在提供一種變壓器故障檢測裝置。

本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種變壓器故障檢測裝置，包括音頻采集模塊、音頻信號處理模塊、智能音頻識別模塊和故障音頻數(shù)據(jù)庫，所述故障音頻數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有變壓器的不同故障的異常音頻二進(jìn)制序列；所述音頻信號處理模塊用于將變壓器故障時發(fā)出的目標(biāo)音頻信號轉(zhuǎn)換成故障音頻信號的二進(jìn)制序列；所述智能音頻識別模塊用于將故障音頻信號的二進(jìn)制序列與故障音頻數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有變壓器的不同故障的異常音頻二進(jìn)制序列進(jìn)行匹配對比識別，得到故障音頻信號識別結(jié)果。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明采用將變壓器故障時發(fā)出的音頻轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制序列然后進(jìn)行對比識別，將大大提高維護(hù)人員在遠(yuǎn)程對變壓器故障類型的識別能力，以便對變壓器故障做出更準(zhǔn)確的維修工作。

附圖說明

利用附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得其它的附圖。

圖1是本發(fā)明的框架結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的音頻信號處理模塊的框架結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)記：

音頻采集模塊1、音頻信號處理模塊2、智能音頻識別模塊3、故障音頻數(shù)據(jù)庫4、故障音頻預(yù)處理單元20、mdct系數(shù)提取單元21、故障音頻二進(jìn)制序列構(gòu)建單元22。

具體實(shí)施方式

結(jié)合以下應(yīng)用場景對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

參見圖1，本實(shí)施例的一種變壓器故障檢測裝置，包括音頻采集模塊1、音頻信號處理模塊2、智能音頻識別模塊3和故障音頻數(shù)據(jù)庫4，所述故障音頻數(shù)據(jù)庫4中預(yù)存有變壓器的不同故障的異常音頻二進(jìn)制序列；所述音頻信號處理模塊2用于將變壓器故障時發(fā)出的目標(biāo)音頻信號轉(zhuǎn)換成故障音頻信號的二進(jìn)制序列；所述智能音頻識別模塊3用于將故障音頻信號的二進(jìn)制序列與故障音頻數(shù)據(jù)庫4中預(yù)存有變壓器的不同故障的異常音頻二進(jìn)制序列進(jìn)行匹配對比識別，得到故障音頻信號識別結(jié)果。

優(yōu)選地，所述音頻采集模塊2由傳感器陣列構(gòu)成。

優(yōu)選地，如圖2所示，所述音頻信號處理模塊包括故障音頻預(yù)處理單元、改進(jìn)的離散余弦變換(modifieddiscretecosinetransform，mdct)系數(shù)提取單元和故障音頻二進(jìn)制序列構(gòu)建單元；所述故障音頻預(yù)處理單元用于對目標(biāo)故障音頻信號進(jìn)行分段和混疊處理；所述mdct系數(shù)提取單元用于對目標(biāo)故障音頻信號進(jìn)行壓縮、解碼及提取mdct系數(shù)；所述故障音頻二進(jìn)制序列構(gòu)建單元用于將提取的mdct系數(shù)計算目標(biāo)故障音頻信號子帶的能量，以構(gòu)建故障音頻信號的二進(jìn)制序列。

本發(fā)明上述實(shí)施例，采用將變壓器故障時發(fā)出的音頻轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制序列然后進(jìn)行對比識別，將大大提高維護(hù)人員在遠(yuǎn)程對變壓器故障類型的識別能力，以便對變壓器故障做出更準(zhǔn)確的維修工作。

優(yōu)選地，所述故障音頻預(yù)處理單元用于對目標(biāo)故障音頻信號進(jìn)行分段和混疊預(yù)處理，包括：將目標(biāo)故障音頻信號分為x段，每段包括y節(jié)，具體的x、y值根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，相鄰段之間設(shè)定有0.5y節(jié)是重復(fù)的；

所述mdct系數(shù)提取單元用于對目標(biāo)故障音頻信號進(jìn)行壓縮，然后對壓縮后的故障音頻信號進(jìn)行解碼，提取mdct系數(shù)，具體包括：

(1)對目標(biāo)故障音頻信號進(jìn)行壓縮，其中對目標(biāo)故障音頻信號進(jìn)行頻域變換時，定義改進(jìn)的離散余弦變換公式為：

式中，表示對目標(biāo)故障音頻信號進(jìn)行頻域變換后得到的頻域故障音頻信號，l＝0，1，2......l-1，其中l(wèi)為故障音頻數(shù)據(jù)庫中存儲有變壓器的異常音頻二進(jìn)制序列長度(單位：比特)；

s(k)表示目標(biāo)故障音頻信號，k為目標(biāo)故障音頻信號幀數(shù)，β為修正因子；

(2)對目標(biāo)故障音頻信號壓縮完畢后，再對得到的壓縮后的頻域故障音頻信號使用開源解碼器libmad(mpegaudiodecoder)作為解碼軟件進(jìn)行解碼，提取mdct系數(shù)。

本發(fā)明上述實(shí)施例，對目標(biāo)故障音頻信號進(jìn)行壓縮有利于提高算法的效率，而通過自定義改進(jìn)的離散余弦變換公式，引入修正因子，減少系統(tǒng)誤差，避免原始的離散余弦變換中出現(xiàn)的性能波動問題，更加準(zhǔn)確地對時域的故障音頻信號進(jìn)行頻域變換，提高算法魯棒性以及精度。

優(yōu)選地，所述故障音頻二進(jìn)制序列構(gòu)建單元利用mdct系數(shù)來計算頻域故障音頻信號子帶的能量，以構(gòu)建故障音頻信號的二進(jìn)制序列，得到的故障音頻信號的二進(jìn)制序列發(fā)送至驗(yàn)證識別模塊，具體為：

(1)將分段后的目標(biāo)故障音頻信號每一個小節(jié)分為32個子帶，分別計算每一個子帶的能量，定義能量計算公式為：

式中，w(j,k,p)表示頻域故障音頻信號第x段第y節(jié)第z個子帶的能量，z＝1,2,3……32；

ψ(x,y,z,t)表示頻域故障音頻信號第x段第y節(jié)第z個子帶的第t個mdct系數(shù)，z＝1,2,3……32；

(2)提取每段中1至y節(jié)1-32子帶的能量，構(gòu)成感知特征矩陣rx：

y值可表示矩陣長度，對特征矩陣rx通過非負(fù)矩陣分解降維，形成第x段的段內(nèi)特征矩陣nx

rx＝nx×mx

其中，nx、mx分別為y×1、1×32的矩陣，將每段的段內(nèi)特征矩陣轉(zhuǎn)置合并得到段間聯(lián)合特征矩陣k＝[n1^t,n2^t,n3^t,…,n32^t]，再用非負(fù)矩陣分解對段間聯(lián)合特征矩陣k進(jìn)行降維，得到段間特征矩陣f；

(3)構(gòu)造故障音頻信號的二進(jìn)制序列時采用的構(gòu)造公式為：

式中，v(u)表示故障音頻信號的二進(jìn)制序列的構(gòu)造函數(shù)，為段間特征矩陣f中元素的均值；

f(u)為段間特征矩陣f中第u個元素的數(shù)值，f(u)∈f，u＝1,2,3……l，l為故障音頻數(shù)據(jù)庫中存儲有變壓器的異常音頻二進(jìn)制序列長度(單位：比特)。

本發(fā)明上述實(shí)施例，采用二進(jìn)制序列方式來對目標(biāo)故障音頻信號進(jìn)行構(gòu)造，能夠減少數(shù)據(jù)量，節(jié)省存儲空間，從而在容量相同大小的存儲器內(nèi)可以存儲更多的數(shù)據(jù)，同時采用二進(jìn)制十分便于計算與分析；通過自定義能量計算公式計算各子帶能量值，提高故障音頻信號的二進(jìn)制序列構(gòu)造的準(zhǔn)確度，最終提高對變壓器故障分析時的準(zhǔn)確度，為維護(hù)人員對變壓器故障進(jìn)行診斷與維修時提供有效幫助。

優(yōu)選地，所述驗(yàn)證識別模塊將故障音頻信號的二進(jìn)制序列與故障音頻數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有變壓器的不同故障的異常音頻二進(jìn)制序列進(jìn)行匹配對比識別，對比識別得到的結(jié)果采用自定義故障匹配率來衡量，自定義故障匹配率計算公式如下：

式中，φ表示自定義誤差系數(shù)計算函數(shù)，l為故障音頻數(shù)據(jù)庫中存儲有變壓器的異常音頻二進(jìn)制序列長度(單位：比特)，ωi為第i個權(quán)重系數(shù)，fi¹為目標(biāo)故障音頻信號的二進(jìn)制序列中的第i個二進(jìn)制值，fi²為故障音頻數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有變壓器的不同故障的異常音頻二進(jìn)制序列的第i個二進(jìn)制值。

本發(fā)明上述實(shí)施例，通過自定義誤差系數(shù)計算函數(shù)對目標(biāo)故障音頻信號的二進(jìn)制序列與故障音頻數(shù)據(jù)庫中預(yù)存有變壓器的不同故障的異常音頻二進(jìn)制序列之間的數(shù)學(xué)距離進(jìn)行計算時，增大二進(jìn)制序列中不同的值的差距，有利于區(qū)別出相近的故障音頻信號，以便維護(hù)人員不會混淆變壓器不同的故障，從而作出更加確定的維修工作。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。