一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法技术

本发明专利技术公开了一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法，该方法可用于模拟海洋中的检测磁信号，对近海区海洋磁信号，利用海流感应磁场计算模型滤除海流主流速度引起的干扰感应磁场信号，再结合小波阈值去噪方法将扰动速度引起的噪声感应磁场信号滤除，从而获得高信噪比的地磁场环境中水下金属结构磁信号。信号。信号。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法


[0001]本专利技术属于海上风电水下金属结构磁场模型
，涉及一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着工业技术的发展，对能源的需求不断增长，开发海上能源是一个有效的解决办法。现有沿岸海上风力发电设施，坚持绿色发展理念的同时有效缓解了电力资源压力。海上风电桩基础分为水上和水下两部分，水下部分长期浸泡在高腐蚀性的海水中，加之海流冲刷或者撞击极易产生腐蚀性凹坑和裂纹，产生极大的安全隐患。陆地上的埋地电缆、埋地输油管可利用磁检测技术进行健康监测，定期检测可保障管道安全运行。海上风电桩基础同样需要进行定期检测，确保设施的安全性。
[0003]地球是一个天然磁体，处于不断运动状态下的海水切割地磁场产生感应电流，进而产生感应磁场，形成海洋电磁场环境。海洋电磁学的研究对海洋资源的开发和水下目标探测发挥了重要的作用，最早的相关研究可追溯到上世纪70年代。随着社会经济的发展和相关领域的技术革新，海洋电磁技术在近几十年内飞速发展。海水运动切割地磁场产生感应电场和感应磁场的规律一直是研究热点，许多学者构建了海洋电磁场模型，得出了不同运动形式的海水产生感应电磁场的解析方程，分析了海水运动速度、周期、水深等对感应场大小的影响以及海洋感应磁场的时频特性，为水下金属结构磁检测信号去噪提供了研究方向和理论依据。但是现有的海洋电磁场模型在研究过程中，海洋磁信号采集难度大，且采集设备及过程成本较高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法，以解决现有技术中，海洋磁信号采集难度大，采集设备过程成本高的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法，包括：
[0007]采集多通道的金属结构原始含噪磁信号，所述金属结构原始含噪磁信号采集于静水层中；金属结构原始含噪信号包括纯净信号、主流感应磁场信号和扰动感应磁场信号；
[0008]通过矢量相减去除主流感应磁场信号，通过小波阈值去噪方法去除扰动感应磁场信号，获得纯净信号，为金属结构磁信号。
[0009]本专利技术的进一步改进在于：
[0010]优选的，所述主流感应磁场信号在同一水深处相同，所述扰动感应信号服从U(
‑
c，c)均匀分布。
[0011]优选的，所述金属结构原始含噪磁信号的计算公式为：
[0012][0013]其中，s1(t)、s2(t)和s3(t)的分别三个通道采集的金属结构原始含噪磁信号，x1(t)、x2(t)和x3(t)分别为三个通道中的纯净信号，n1(t)为三个通道中的海流感应磁场信号；所述海流感应磁场信号由主流感应磁场信号和扰动感应磁场信号组成。
[0014]优选的，所述所述主流感应磁场信号和扰动感应信号的计算公式为：
[0015][0016]其中，B
x1
、B
x2
和B
x3
分别为三个通道x方向上的磁感应强度，A
x1
、A
x2
和A
x3
分别为三个通道x方向上的系数，U
x1
(
‑
c，c)、U
x2
(
‑
c，c)和U
x3
(
‑
c，c)分别为三个通道x方向上的均匀分布；B
y1
、B
y2
和B
y3
分别为三个通道y方向上的磁感应强度，A
y1
、A
y2
和A
y3
分别为三个通道y方向上的系数，U
y1
(
‑
c，c)、U
y2
(
‑
c，c)和U
y3
(
‑
c，c)分别为三个通道y方向上的均匀分布；B
z1
、B
z2
和B
z3
分别为三个通道z方向上的磁感应强度，A
z1
、A
z2
和A
z3
分别为三个通道z方向上的系数，U
z1
(
‑
c，c)、U
z2
(
‑
c，c)和U
z3
(
‑
c，c)分别为三个通道z方向上的均匀分布。
[0017]优选的，所述小波函数阈值去噪方法包括以下步骤：
[0018](1)通过小波基对金属结构原始含噪磁信号进行小波分解，获得分层的金属结构原始含噪磁信号；
[0019](2)基于设定阈值，通过阈值函数对各层系数进行量化处理，获得小波系数；
[0020](3)通过小波系数对各层的金属结构原始含噪磁信号进行重构，获得最终的去噪信号。
[0021]优选的，步骤(1)中，所述小波基包括db小波、bior小波、coif小波和sym小波。
[0022]优选的，选择支撑长度为5～9的小波基。
[0023]优选的，步骤(2)中，通过heursure阈值算法获得设定阈值；所述阈值函数为硬阈值函数或软阈值函数。
[0024]优选的，其特征在于，通过信噪比和均方根误差评价金属结构原始含噪磁信号的去噪效果。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术公开了一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法，该方法可用于模拟海洋中的检测磁信号，对近海区海洋磁信号，利用海流感应磁场计算模型滤除海流主流速度引起的干扰感应磁场信号，再结合小波阈值去噪方法将扰动速度引起的噪声感应磁场信号滤除，从而获得高信噪比的地磁场环境中水下金属结构磁信号。该方法针对海洋水下金属结构实施基于微弱磁信号测量的磁无损检测技术前，构建海洋水下扰动流速状态下的磁场精细变化模型，根据此方法获得相应的微弱磁场精细变化，进而获得海洋水下金属构件磁检测信号的有效处理。
附图说明
[0027]图1为地况模型；
[0028]图2为主流速度模型；
[0029]图3为海流感应电流模型；
[0030]图4为水下金属结构磁信号模型；
[0031]图5为小波阈值去噪算法流程图；
[0032]图6为静水中金属结构磁信号采集示意图；
[0033]图7为特定海域主流速度模型；
[0034]图8为通道一模拟海洋磁信号；
[0035]图9为通道二模拟海洋磁信号；
[0036]图10为通道三模拟海洋磁信号；
[0037]图11为通道一四种小波函数效果对比分析；
[0038]图12为通道二四种小波函数效果对比分析；
[0039]图13为通道三四种小波函数效果对比分析。
具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法，其特征在于，包括：采集多通道的金属结构原始含噪磁信号，所述金属结构原始含噪磁信号采集于静水层中；金属结构原始含噪信号包括纯净信号、主流感应磁场信号和扰动感应磁场信号；通过矢量相减去除主流感应磁场信号，通过小波阈值去噪方法去除扰动感应磁场信号，获得纯净信号，为金属结构磁信号。2.根据权利要求1所述的一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法，其特征在于，所述主流感应磁场信号在同一水深处相同，所述扰动感应信号服从U(
‑
c,c)均匀分布。3.根据权利要求1所述的一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法，其特征在于，所述金属结构原始含噪磁信号的计算公式为：其中，s1(t)、s2(t)和s3(t)的分别三个通道采集的金属结构原始含噪磁信号，x1(t)、x2(t)和x3(t)分别为三个通道中的纯净信号，n1(t)为三个通道中的海流感应磁场信号；所述海流感应磁场信号由主流感应磁场信号和扰动感应磁场信号组成。4.根据权利要求3所述的一种海上风电场水下金属结构磁信号模拟和处理方法，其特征在于，所述所述主流感应磁场信号和扰动感应信号的计算公式为：其中，B
x1
、B
x2
和B
x3
分别为三个通道x方向上的磁感应强度，A
x1
、A
x2
和A
x3
分别为三个通道x方向上的系数，U
x1
(
‑
c,c)、U
x2
(
‑
c,c)和U
x3
(
‑
c,c)分别为三个通道x方向上的均匀分布；B
y1
、B
y2
和B
y3
分别为三个通道y方向上的磁感应强度，A
y1
、A
y2
和A
y3
分别为三个通...

【专利技术属性】
技术研发人员：童博，姚中原，赵勇，牛晨晖，张宇，胡博，于润桥，彭泳江，张诗雨，施俊佼，王方锐，扈宸宇，任绪泽，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司华能国际电力江苏能源开发有限公司华能国际电力江苏能源开发有限公司清洁能源分公司南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：