雷击浪涌脉冲参数的自动测量方法、装置、介质与流程

1.本发明涉及脉冲信号检测技术领域，具体的说，涉及一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量方法、装置、介质。


背景技术：

2.雷击浪涌类型的高能量脉冲，对电子设备有很大危害。雷击浪涌干扰来源主要有两种，一种是自然界常见的雷击现象。雷击击中户外线路或有接地系统的地面时，通过直接耦合，或感应出电磁场等方式的间接耦合，在户内线路产生脉冲电压及电流；另一种是输电线路开关动作。线路间的短路、电弧故障及电容器组的开关切换，会产生电压、电流的脉冲干扰。据报道，1年7.23甬温线特大铁路交通事故的重要原因之一，就是雷击导致设备故障。所以，在不能完全消除干扰来源的情况下，只能通过提高电子设备抗干扰能力来消除不利影响。所以，在电子产品正常使用前，需要使用雷击浪涌模拟器产生符合国家标准要求的雷击浪涌脉冲来检测产品的抗干扰水平。
3.雷击浪涌脉冲波形数据处理复杂，部分参数不同于常见脉冲波形参数，某些测量结果还需乘上一个系数。
4.常见脉冲参数定义：
5.脉冲幅度vm：脉冲波形变化的最大值。
6.上升时间tr：脉冲波形从0.1vm上升到0.9vm所需时间。
7.持续时间td：脉冲上升段0.5vm到下降段0.5vm所需时间。
8.雷击浪涌脉冲参数定义：
9.脉冲幅度vm：脉冲波形变化的最大值。
10.电压波形参数：
11.电压上升时间tr：脉冲波形从0.3vm和0.9vm两点之间所对应时间间隔的1.67倍。
12.电压持续时间td：脉冲上升段0.5vm到下降段0.5vm所需时间。
13.电流波形参数：
14.电流上升时间tr：脉冲波形从0.1vm和0.9vm两点之间所对应时间间隔的1.25倍。
15.电流(差模)持续时间td：脉冲上升段0.5vm到下降段0.5vm两点之间所对应时间间隔的1.18倍。
16.电流(共模)持续时间td：脉冲上升段0.5vm到下降段0.5vm两点之间所对应时间间隔的1.04倍。
17.目前，如图1所示，对雷击浪涌模拟器输出脉冲波形的处理流程是，先使用示波器搭配电压探头和电流传感器，分别采集输出的电压和电流脉冲波形。
18.其存在的主要缺陷在于：
19.缺陷一：示波器不能自动测量得出浪涌脉冲波形的参数，只能通过手动操作示波器标尺，在得到结果后还需乘以系数才能得出浪涌脉冲参数。为了测量结果准确，手动测量过程需要数次缩放波形，所以单个脉冲的数据处理时间很长。对雷击浪涌模拟器的评价，需
要考察不同极性，不同电压等级，不同输出端口下的电压波形及电流波形，要得到一组完整的参数，数据处理都会耗费大量时间和人力。
20.缺陷二：示波器的标尺只能落到实际的采样点上，而真实的脉冲波形的测量位置完全可能落在两个采样点之间，测量误差大。


技术实现要素：

21.针对调制度测量轮廓术图片采集数量多以及频谱混叠的缺陷，本发明提供了一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量方法、装置、介质，以有效解决背景技术中所提及的技术问题。
22.本发明的具体技术方案如下：
23.根据本发明的第一技术方案，提供一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量方法，包括以下步骤：获取脉冲波形数据组，所述脉冲波形数据组包括实际采集到的采样点，所述采样点包含时间和幅度参数；对所述采样点的数据进行滤波处理；从滤波处理后的采样点的数据中提取出脉冲参数测量有关的部分，去掉无用的采样点，获得脉冲有效部分；基于所述脉冲有效部分，以脉冲波形最大峰值为界或者以脉冲波形最小峰值为界，将所述脉冲有效部分拆分为上升沿和下降沿；根据脉冲参数测量需要的目标点，在其两侧的采样点之间进行插值；根据采样点和插值点测量并计算峰值、波前时间和持续时间。
24.根据本发明的第二技术方案，提供一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量装置，包括采样装置以及处理器，所述采样装置信号连接所述处理器；所述采样装置，配置为：采集脉冲波形数据组，并传输至所述处理器；所述处理器，配置为：获取脉冲波形数据组，所述脉冲波形数据组包括实际采集到的采样点，所述采样点包含时间和幅度参数；对所述采样点的数据进行滤波处理；从滤波处理后的采样点的数据中提取出脉冲参数测量有关的部分，去掉无用的采样点，获得脉冲有效部分；基于所述脉冲有效部分，以脉冲波形最大峰值为界或者以脉冲波形最小峰值为界，将所述脉冲有效部分拆分为上升沿和下降沿；根据脉冲参数测量需要的目标点，在其两侧的采样点之间进行插值；根据采样点和插值点测量并计算峰值、波前时间和持续时间。
25.根据本发明的第三技术方案，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行本发明任一实施例所述的方法。
26.根据本发明实施例公开的一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量方法、装置、介质，自动化程度显著提高，提高了测试效率。由于在实际的采样点之间有插值的运算步骤，所以测量结果更准确。根据实际需要，能对整个脉冲波形任意位置的点进行准确测量。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
28.图1示出了现有技术中的波形测量原理图；
29.图2示出了根据本发明实施例的一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量方法的流程
图。
30.图3示出了根据本发明实施例的滤波前的脉冲波形图。
31.图4示出了根据本发明实施例的滤波后的脉冲波形。
32.图5示出了根据本发明实施例的脉冲有效部分的波形图。
33.图6示出了根据本发明实施例的上升沿的脉冲波形图。
34.图7示出了根据本发明实施例的下降沿的脉冲波形图。
35.图8示出了根据本发明实施例的脉冲波形数组间插值示意图。
36.图9示出了根据本发明实施例的一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量装置的采样装置工作原理示意图。
37.图10示出了根据本发明实施例的一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量装置的采样装置工作原理示意图。
具体实施方式
38.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。
40.现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。
41.图2示出了根据本发明实施例的一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量方法的流程图。如图2所示，本发明实施例提供一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量方法。该自动测量方法始于步骤s100，获取脉冲波形数据组，所述脉冲波形数据组包括实际采集到的采样点，所述采样点包含时间和幅度参数，其中，采样点数目＝采样率
×
采用时长。
42.在步骤s200，对所述采样点的数据进行滤波处理。滤波的过程是将数组中一点的值用该点所处的一个邻近领域中各点的中值代替，使其接近真实值，从而消除噪声。
43.在一些实施例中，对所述采样点的数据进行滤波处理，滤波前后，采样点总数不变，各个采样点对应采样顺序不变。
44.在一些实施例中，通过如下方法对所述采样点的数据进行滤波处理：
45.提取所述脉冲波形数据组中各个采样点的幅度数据组y，表示为y＝{yi}，i＝0，1，2，
…
，n-1；
46.通过下列等式获取滤波后的幅度数据组y'：
47.yi'＝median(ji)，i＝0，1，2，
…
，n-1，
48.ji＝{yi–
rl
,yi–
rl 1
,
…
,yi–1,yi,y
i 1
,
…
,y
i rr
–1,y
i rr
}，
49.式中，yi'为滤波后的幅度数据组y'的元素；ji为各个采样点的幅度数据组y中以第i个元素yi为中心的邻近数组子集；rl为yi左侧元素数量；rr为yi右侧元素数量。
50.图3示出了根据本发明实施例的滤波前的脉冲波形图。图4示出了根据本发明实施例的滤波后的脉冲波形。如图3和图4所示，显然在根据本发明实施例所滤波处理后，可以明
显消除噪声，以保证脉冲参数测量的准确性。
51.在步骤s300，从滤波处理后的采样点的数据中提取出脉冲参数测量有关的部分，去掉无用的采样点，获得脉冲有效部分。其具体实现方法是，通过筛选采样点幅度数值，只保留幅度大于峰值的1％的采样点。获取得到的脉冲有效部分的波形如图5所示。
52.在步骤s400，基于所述脉冲有效部分，以脉冲波形最大峰值为界或者以脉冲波形最小峰值为界，将所述脉冲有效部分拆分为上升沿和下降沿。
53.在一些实施例中，拆分方法可以是：提取出所述脉冲有效部分的三个特征采样点，所述三个特征采样点分别是有效脉冲波形数组起始点(x0，y0)、最大值(x
p
，y
p
)和结束点(x
n-1
，y
n-1
)；拆分得到两个新的数组，上升沿数组d1＝(xi，yi)，i＝0，1，2，...，p；下降沿数组d2＝(x
i’，y
i’)，i’＝p 1，p 2，p 3，...，n-1。
54.经过拆分后，上升沿和下降沿的脉冲波形分别如图6和图7所示。
55.在步骤s500，根据脉冲参数测量需要的目标点，在其两侧的采样点之间进行插值。
56.示例性的，以上升段的处理为例，插值方式是，逐点扫描单调升序的上升段数组d1＝(xi，yi)，i＝0，1，2，...，p。如果目标位置点(x，y)在d1数组，存在y＝yi，插值函数输出此时的对应的时间xi；当目标位置(x，y)不在d1数组中时，存在关系式：xi＜x＜x
i 1
，yi＜y＜y
i 1
，需要在(xi，yi)，(x
i 1
，y
i 1
)两点间进行插值。相邻采样点时间间隔短，直接采用一次函数进行插值：
[0057][0058]
通过公式(1)，可得到包含有目标位置(x，y)的一次函数y＝kx b。y为幅度的目标值(峰值的30％、50％、90％)，可通过峰值准确计算得到，将y带入公式，可求得插值的结果x，结果如图8所示。
[0059]
在步骤s600，根据采样点和插值点测量并计算峰值、波前时间和持续时间。
[0060]
最后在步骤s700，显示测量结果。
[0061]
本发明实施例还提供了一种雷击浪涌脉冲参数的自动测量装置。该装置包括采样装置以及处理器，所述采样装置信号连接所述处理器；
[0062]
所述采样装置，配置为：采集脉冲波形数据组，并传输至所述处理器；
[0063]
所述处理器，配置为：获取脉冲波形数据组，所述脉冲波形数据组包括实际采集到的采样点，所述采样点包含时间和幅度参数；对所述采样点的数据进行滤波处理；从滤波处理后的采样点的数据中提取出脉冲参数测量有关的部分，去掉无用的采样点，获得脉冲有效部分；基于所述脉冲有效部分，以脉冲波形最大峰值为界或者以脉冲波形最小峰值为界，将所述脉冲有效部分拆分为上升沿和下降沿；根据脉冲参数测量需要的目标点，在其两侧的采样点之间进行插值；根据采样点和插值点测量并计算峰值、波前时间和持续时间。
[0064]
需要注意的是处理器可以是包括一个以上通用处理设备的处理设备，诸如微处理器、中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)等。更具体地，处理器可以是复杂指令集计算(cisc)微处理器、精简指令集计算(risc)微处理器、超长指令字(vliw)微处理器、运行其他指令集的处理器或运行指令集的组合的处理器。处理器还可以是一个以上专用处理设备，诸如专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、片上系统(soc)等。
[0065]
本发明实施例中，采样装置主要由fpga控制核心、信号采集调理、模/数转换、数/模转换、数据处理、显示等部分，由fpga状态机控制时序。如图9和图10所示，fpga状态机分为四个状态，分别为初始化状态idle(s0)，启动adc状态start(s1)，等待adc转换结束状态ready(s2)，转换数据读取状态read(s3)，其中，s1～s3随时钟变化，s4由信号触发。
[0066]
该采样装置通过如下步骤来实现采样：
[0067]
1.fpga完成初始化，待测信号进入采集通道后，进入抗混叠滤波器，滤除“欠采样”较高频率部分；
[0068]
2.通过模数转换将模拟电压信号转换为数字信号以便进入dsp处理数据；
[0069]
3.数据处理完成后，向控制核心发送信号表示信号处理完成，由fpga发送显示。
[0070]
需要注意的是，本发明实施例仅仅只是提供一种示例性的采样方式，包括但不限于上述利用该采用装置进行采样的方法。
[0071]
在一些实施例中，对所述采样点的数据进行滤波处理，滤波前后，采样点总数不变，各个采样点对应采样顺序不变。
[0072]
在一些实施例中，通过如下方法对所述采样点的数据进行滤波处理：提取所述脉冲波形数据组中各个采样点的幅度数据组y，表示为y＝{yi}，i＝0，1，2，
…
，n-1；通过下列等式获取滤波后的幅度数据组y'：yi'＝median(ji)，i＝0，1，2，
…
，n-1，ji＝{yi–
rl
,yi–
rl 1
,
…
,yi–1,yi,y
i 1
,
…
,y
i rr
–1,y
i rr
}，式中，yi'为滤波后的幅度数据组y'的元素；ji为各个采样点的幅度数据组y中以第i个元素yi为中心的邻近数组子集；rl为yi左侧元素数量；rr为yi右侧元素数量。
[0073]
在一些实施例中，从滤波处理后的采样点的数据中提取出脉冲参数测量有关的部分，去掉无用的采样点，获得脉冲有效部分，包括：通过筛选采样点幅度数值，保留幅度大于峰值的1％的采样点，获得脉冲有效部分。
[0074]
在一些实施例中，所述基于所述脉冲有效部分，以脉冲波形最大峰值为界，将所述脉冲有效部分拆分为上升沿和下降沿，包括：提取出所述脉冲有效部分的三个特征采样点，所述三个特征采样点分别是有效脉冲波形数组起始点(x0，y0)、最大值(x
p
，y
p
)和结束点(x
n-1
，y
n-1
)；拆分得到两个新的数组，上升沿数组d1＝(xi，yi)，i＝0，1，2，...，p；下降沿数组d2＝(x
i’，y
i’)，i’＝p 1，p 2，p 3，...，n-1。
[0075]
在一些实施例中，根据脉冲参数测量需要的目标点，在其两侧的采样点之间进行插值，包括：逐点扫描单调升序的上升沿数组d1或者下降沿数组d2；当目标点(x，y)在d1数组或d2数组中时，存在y＝yi，插值函数输出此时的对应的时间xi；当目标位置(x，y)不在d1数组或d2数组中时，存在关系式：xi＜x＜x
i 1
，yi＜y＜y
i 1
，利用如下公式(1)在(xi，yi)，(x
i 1
，y
i 1
)两点间进行插值，：
[0076][0077]
通过所述公式(1)，获得包含有目标位置(x，y)的一次函数y＝kx b，其中y为幅度的目标值，通过峰值准确计算得到，将y带入公式y＝kx b，可求得插值的结果x。
[0078]
在一些实施例中，所述目标点包括所述上升沿峰值30％、50％、90％的点以及所述下降沿峰值50％的点。
[0079]
本发明实施例中所述的雷击浪涌脉冲参数的自动测量装置的技术效果与方法基
本对应一致，此处不再累述。
[0080]
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机本发明实施例中的任一所述的方法。
[0081]
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。