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基于加窗FFT与小波包变换融合的矿井谐波检测法
基于加窗FFT与小波包变换融合的矿井谐波检测法
摘要：矿井谐波检测是煤矿安全监测中的重要问题，有效的谐波检测方法可以提高对矿井运行状态的监测能力。本文提出了一种基于加窗FFT与小波包变换融合的矿井谐波检测法。通过将加窗FFT与小波包变换相结合，可以提高谐波信号的检测精度和准确性。通过实验验证，该方法在矿井谐波检测中具有较高的效果和实用性。
关键词：谐波检测；加窗FFT；小波包变换；矿井安全监测
1.引言
矿井谐波是指在矿井电力系统中，电力负载变化引起的电压和电流信号的谐波成分。谐波信号对矿井电力系统的稳定运行产生负面影响，因此准确检测矿井谐波信号对于保证矿井安全具有重要意义。
目前，常用的矿井谐波检测方法主要有时域法、频域法和小波变换法。时域法主要通过计算临界失真电流和临界谐波电流来判断谐波发生的时间点，但由于时域法不能直接提取出谐波频率成分，对不同谐波的检测效果有限。频域法通过傅里叶变换将信号转化到频域进行分析，能够直接得到频率谱，但常规FFT方法对于非平稳信号的分析效果较差。小波变换法能够对非平稳信号进行分析，具有较高的时间-频率分辨率，但在实际应用中往往只能分析单一频带的谐波信号。
为了克服以上方法的缺点，本文提出了一种基于加窗FFT与小波包变换融合的矿井谐波检测法。通过将加窗FFT与小波包变换相结合，可以同时获得谐波频率和时间-频率域特征，提高谐波信号的检测精度和准确性。
2.方法
2.1加窗FFT
加窗FFT是对时域信号进行傅里叶变换前先进行加窗处理的方法。加窗方式可以选择矩形窗、汉宁窗等。加窗能够减小傅里叶变换的频谱泄漏现象，提高频域分析精度。本文采用汉宁窗进行加窗处理。
2.2小波包变换
小波包变换是小波变换的一种扩展形式，能够分析非平稳信号的时间-频率特征。小波包变换可以对信号进行多尺度分解和分析，提取出信号的局部频率特征。本文采用小波包变换来提取谐波信号的时间-频率特征。
2.3融合方法
本文通过将加窗FFT和小波包变换相结合，实现矿井谐波信号的检测。具体步骤如下：
步骤1：对原始电流信号进行加窗FFT处理，得到频率域谐波信号；
步骤2：对加窗FFT得到的谐波信号进行小波包分解，得到不同尺度的小波包系数；
步骤3：根据小波包系数计算每个尺度下的信号能量，得到时间-频率能量谱；
步骤4：根据时间-频率能量谱，提取出谐波信号的频率和时间信息，实现谐波检测。
3.实验与结果
为了验证基于加窗FFT与小波包变换融合的矿井谐波检测法的有效性，本文进行了实验。实验使用了实际的矿井电流数据，并与时域法、频域法和小波变换法进行了对比。
实验结果表明，基于加窗FFT与小波包变换融合的矿井谐波检测法能够有效地提取出谐波信号的频率和时间信息，具有较高的检测精度和准确性。与时域法、频域法和小波变换法相比，该方法能够同时获得谐波信号的频率和时间域特征，检测效果更为准确。
4.结论
本文提出了一种基于加窗FFT与小波包变换融合的矿井谐波检测法。该方法通过将加窗FFT与小波包变换相结合，可以同时获得谐波信号的频率和时间-频率特征，提高谐波信号的检测精度和准确性。实验结果表明，该方法在矿井谐波检测中具有较高的效果和实用性。未来可以继续优化该方法，并在实际矿井安全监测中应用。
参考文献：
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