电气信号数字化检测技术的探讨

杨涛铭

（重庆钢铁集团矿业有限公司接龙铁矿，重庆 401344）

概述

随着电力系统的发展，系统规模和发电容量愈来愈大，电压等级和自动化水平愈来愈高，电网结构和调控手段越来越复杂；同时，国民经济对电力供应的依赖性愈来愈强，电力用户对电能质量的要求愈来愈严格；从而，电力生产对电气信号检测提出了更高的要求。另一方面，尽管目前数字信号处理技术已具有完善的理论体系和各种成熟的实现方法，但这些成果还只有部分应用到电气检测领域，且由于电气信号具有其自身的特点，这些理论和方法并不完全适用电气信号检测。

因此，顺应现代化电力生产的要求，应用现有信号处理的科学成果，进一步研究真实反映电气信号物理本质、精度高、速度快、实现代价小、工程实用的电气信号检测理论和实现方法，无疑具有重要的理论价值和工程意义。

1 电气设备检测与故障诊断系统的组成

电气设备检测与故障诊断包括以下基本过程：信号检测、数据采集、数据处理、诊断。基本过程如下：通过各种传感器(如光、电、温度、振动、流量、化学等)检测出设备的状态信号，并使其可被传输，转换，采集.处理。然后由数据采集单元采集并存储于存储器中。传送载体可以是电缆或光缆。为了其提高抗干扰能力，多采用光缆或采用数字信号传输。数据采集可以采用三种方式：采集信号波形。采集信号峰值或记录峰值超过阀值的脉冲。进行数据处理时，主要为抑制干扰。保留或增强有用信号，提炼信号特征。依据所得的特征信号，采用各种诊断方法，如模糊逻辑，人工神经网络，专家系统等得出诊断结果。

2 电气信号检测技术的发展

20世纪70年代，数字计算机和数字信号处理技术的迅猛发展，使电气信号的检测方式发生了根本性的变革，产生了真正意义上的数字化检测，即采用微型计算机作为测量系统的主体和核心，通过对电气信号的采样和利用数字信号处理技术对采样数据进行数值分析与处理，获得所关心的电气信号的信息。这种检测方式充分利用微型计算机的存储、数学运算、逻辑判断能力，以及信号处理技术对信号强有力的分析、综合和处理能力，不但解决了传统电气检测方式不能自动进行分析和处理的缺陷，更能实现传统方式无法实现的各种复杂测量，使电气检测的内容更广，测量精度和速度更优。

3 电气信号检测原理及算法

电气信号检测的关键，是运用适当的理论设计适当的数值算法对交流采样数据进行分析计算，以获得需要的检测信息。检测精度、响应速度是衡量算法的两个主要指标。目前电气信号检测中应用较多或较有应用前途的理论和算法有：基于正弦信号模型的检测算法、基于周期信号模型的检测算法、离散频谱分析与校正、现代谱分析、随机模型算法、小波变换等，而每种方法又可以分成多个小类。

目前，电气信号检测的理论和算法十分丰富，除上所述外，人工智能技术(人工神经网络、模糊逻辑、专家系统和遗传算法等)、瞬时无功功率理论等也在谐波、无功功率测量等电气测量领域得到应用。

4 电气信号检测技术的主要研究方向

4.1 电气信号检测中的采样技术研究

电气信号的检测中，采用微处理器的数字式测量方式精度好、功能强、能化程度高、检测结果易于传输和与控制系统共享，较传统测量方式具有较大优越性，因而受到普遍欢迎，目前用微机测量电气信号的首要环节是对输入的信号进行离散化，即采样。交流电气信号的采样有直流采样和交流采样两种方式。直流采样即采集经过变送器整流后的直流量。此方法软件设计简单，计简便，对采样值只需作次比例变换即可得到被测量的数值。交流采样是按一定的规律对被测交流电气信号的瞬时值进行采样，获得用数字量表示的离散时间采样值序列，并通过对采样值序列进行数值分析计算获取被测信号的信息。与直流采样相比，交流采样所用变送器只需将交流信号进行简单的幅值变换，其价格低、体积小，反应快。

4.2 信号处理技术在电气信号检测中的应用研究通过信号处理，能够抑止干扰、保留或增加有用的信号，提炼信号特征，从中获得与故障相关的征兆，利用征兆进行故障诊断。时域分析、快速傅立叶变换频域分析、小波分析、小波包分析等信号处理提取技术的发展为电气信号的检测诊断提供了前提条件。

4.3 电气信号检测的信息融合技术研究

在电气信号检测中引入多传感器与数字化信息融合技术，首先是可以拓宽信息来源渠道，其次是可以改善信息处理的质量，提高诊断的准确性。这种技术最大的优点是能够提高测量抗干扰的能力，因为不同的传感器对干扰的反映灵敏度不同，尽管在某些传感器中可能存在比较强的干扰信号，但是当与其他对电磁干扰反映不灵敏的传感器信息进行融合之后，就可以剔除其中所包含的干扰信号分量。

4.4 基于虚拟信号技术的研究

虚拟仪器技术是当前测试与控制领域技术的研究热点，它是以计算机及网络为基础，以软件为核心的自然科学信息测试、分析、存储、传输与控制系统。通过虚拟技术，系统的界面更加形象逼真，具有良好的可视性和交互性，可以明了的表现电气系统的状态。

4.5 远程电气信号检测和网络化跟踪研究

随着分布式计算技术、大型数据库技术、面向对象的软件技术和宽带数字通信技术的长足发展，基于因特网的电气设备故障检测将成为现实，将设备诊断技术与计算机网络技术相结合，采集设备状态数据，实现对设备故障的早期诊断和及时维修。

4.6 基于人工智能的信号数字化检测系统开发研究

人工智能是以模型化的计算机来代替人的思维方式解决问题的一种方法，用仿人类专家推理过程的计算机模型来解决现实生活中某些复杂的重要问题。而目前这种方式缺乏的有效的诊断知识表达、不确定性的知识推理及知识获取困难。在这种系统中，状态监测与故障诊断经常用模糊的自然语言来说明状态的特征，为了准确有效的判断具有模糊征兆的状态，必须用模糊集合的概念对其是否属于某个状态的原因进行描述，对于一些征兆与状态之间无法确定的数学模型的复杂机械系统，只有在获取系统状态的综合效应、积累维修经验和集中专家意见的前提下，用模糊的方法进行状态监控。

结语

通过以上对电气信号检测技术及其发展的分析，我们可以进一步明确，研究真实反映电气信号物理本质、精度高、速度快、实现代价小、工程实用的电气信号检测理论和实现方法，具有重要的理论价值和工程意义。从多方面来讲，电气信号数字化检测是今后发展的方向。我们应该从理论与实践上进一步推进电气信号检测技术的不断发展，为企业发展创新提供良好的技术保障。

[1]黄纯.电气信号数字化检测技术及应用研究[J].湖南大学，2005.

[2]王立春.电气信号数字化检测技术研究[J].中国高新技术企业，2008.