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专利号: 2021116124767
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 气体或液体的贮存或分配
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.水锤冲击压力信号的自适应滤波降噪方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,获取待监测水管的水锤冲击压力信号构成的时间序列为x(t);

步骤2,对x(t)进行经验模式分解,确定极大值序列xmax和极小值序列xmin,根据xmax和xmin确定x(t)的上下包络及两组包络的平均值序列m(t)=(xmax+xmin)/2,将m(t)从x(t)中去掉,得到第一个筛分序列h1(t)=x(t)‑m(t);

步骤3,将自身所包含极值点与过零点的总个数相等或相差1的信号定义为IMF分量,若h1(t)满足IMF分量定义则将其视为第一个IMF分量c1(t),否则令x(t)=h1(t),重复步骤2,直至新的h1(t)满足IMF分量定义;

步骤4,用信号分解后的余项r1(t)代替x(t),r1(t)=x(t)‑c1(t),重复步骤2~3,依次得到第n个IMF分量cn(t),n=(2,3,4…,k);

步骤5,选择第n个IMF分量cn(t)作为新的信号,对新的信号进行评估,评估最大幅值损失是否低于5%,能量损失是否小于5%,R2系数是否大于0.95,若是,则IMF分量为滤波降噪后信号,否则,将cn(t)和将cn‑1(t)重新合成作为滤波后信号,重复评估最大幅值损失、能量损失和R2系数;若依然不符合要求,则从cn(t)开始,反向追溯cn(t)、cn‑1(t)和cn‑2(t),并将其合成作为滤波后信号,重新评估,不断增加IMF分量的个数,并循环这一过程,直至获得的满足条件的合成信号,作为滤波后信号。

2.根据权利要求1所述的水锤冲击压力信号的自适应滤波降噪方法,其特征在于,所述步骤2中,对x(t)进行经验模式分解,寻找x(t)中局部极大值与极小值点,依次组成极大值序列xmax和极小值序列xmin,以xmax与xmin为对象,分别对二个序列进行三次样条插值计算,通过插值结果建立压力信号的上包络与下包络序列。

3.根据权利要求2所述的水锤冲击压力信号的自适应滤波降噪方法,其特征在于,所述步骤3中,当一直分解也无法得到IMF分量时,设置标准偏差系数SD:其中,T是信号的总时间长度,ε为设置的阈值,ε=0.25,hi(t)为筛分序列,i=(2,3,

4…,k);

若hi(t)满足公式(1),则认为hi(t)满足IMF分量定义,将hi(t)作为IMF分量。

4.根据权利要求3所述的水锤冲击压力信号的自适应滤波降噪方法,其特征在于,所述步骤4中,IMF分量cn(t)为一系列调频调幅信号组合,如下式:uk(t)=Ak(t)cos(φk(t)) (2)

其中,φk(t)为非递减函数,φ′k(t)≥0,包络Ak(t)≥0,可将每个uk(t)看作一个简谐波,其幅值为Ak(t)且瞬时频率为φ′k(t)。

5.根据权利要求4所述的水锤冲击压力信号的自适应滤波降噪方法,其特征在于,所述步骤5中最大幅值损失为Aloss:Aloss=|A‑a|/A×100% (3)

其中,A为原始信号最大冲击幅值,a为重构信号最大冲击幅值。

6.根据权利要求5所述的水锤冲击压力信号的自适应滤波降噪方法,其特征在于,所述步骤5中能量损失为Eloss:Eloss=|E‑e|/E×100% (4)

其中,E为原始信号能量,e为重构信号能量。

7.根据权利要求6所述的水锤冲击压力信号的自适应滤波降噪方法,其特征在于,所述步骤5中R2系数的计算过程如下:其中, 表示合成后的压力信号值,xi表示原始压力信号值, 表示原始压力信号值的平均值。

8.根据权利要求1所述的水锤冲击压力信号的自适应滤波降噪方法,其特征在于,所述步骤1中获取的时间序列x(t)是对待分析信号两端进行扩展后的信号序列,在步骤5对新的信号进行评估前,将扩展的信号序列对应的IMF分量截掉。