Corrélation multiéchelle et interpolation de la trace warp dans le recalage temporel de signatures vibro-acoustiques

Corrélation multiéchelle et interpolation de la trace warp dans le recalage temporel de signatures vibro-acoustiques

Multi-scale correlation and warp trace interpolation used in the correction of the time-warping of vibro-acoustic signatures

François Léonard

Hydro-Québec (IREQ), 1800 boul. Lionel-Boulet, Varennes, Québec, Canada J3X 1S1

Corresponding Author Email: 
leonard@ireq.ca
Page: 
69-85
|
Received: 
5 March 1999
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Accepted: 
N/A
|
Published: 
29 February 2000
| Citation

OPEN ACCESS

Abstract: 

Problems that arise when we are comparing the vibro-acoustic signatures of high-voltage apparatus in electrical substations have led to the discovery of a new time-warp algorithm. Such signature comparisons are made in order to monitor trends in the health of the equipment. However, the signatures collected contain a sequence of transients generated by electromechanical events which appear with a slightly different time frame from one switching operation to the other, depending on the temperature and load, among other factors. Despite being small, this time distortion results in a significant difference between the instantaneous amplitudes of the signatures. This is where time warping comes in useful. It is used for juxtaposing the signatures by displacing the elements of one of the signatures so that it matches the time frame of the other. The magnitude of the time difference between the last signature and a reference has a diagnostic use. The proposed time warp algorithm makes it possible to identify the time relationship between the events of two signatures, even in the presence of discontinuities in the time frame. We show that these discontinuities are not treated appropriately by the dynamic time warping (DTW) algorithm currently employed in speech processing. The paper explains the way these two algorithms work and presents results that bear witness to the increased accuracy of the multi-scale correlation. In part, it is the interpolation of the warp trace that makes such accuracy possible. The warp trace is a function describing the time deviation between the signatures and even including the presence of inversions in the order of appearance of the transients.

Résumé

Les difficultés soulevées lors de la comparaison de signatures vibro-acoustiques d’équipements de commutation de haute puissance nous ont amené à développer un nouvel algorithme de recalage temporel. Cette comparaison de signatures est requise pour réaliser la surveillance de ces équipements. Or, ces signatures comportent une suite de transitoires générée par une séquence d’événements électromécaniques qui apparaissent avec une trame temporelle légèrement différente, d’une commutation à l’autre, selon, entre autres, la température et la charge. Cette distorsion temporelle génère une divergence significative entre les amplitudes instantanées des signatures. Le recalage temporel permet la juxtaposition des signatures en déplaçant les éléments de l’une des signatures afin qu’elle soit conforme à la trame temporelle de l’autre signature. De plus, la grandeur de la déviation temporelle, entre la dernière signature et une référence, a une utilité diagnostique. L’algorithme de recalage temporel proposé permet de trouver la relation temporelle entre les événements de deux signatures, même en présence de discontinuités de la trame temporelle. Or, nous démontrons que ces discontinuités ne sont pas traitées adéquatement par l’algorithme de recalage temporel DTW (Dynamic Time Warping) utilisé couramment dans le traitement de la parole. Nous expliquons donc le fonctionnement de ces deux algorithmes et nous présentons des résultats démontrant la plus grande acuité de la corrélation multiéchelle. C’est en partie l’interpolation de la trace warp qui permet d’atteindre cette acuité. Cette trace warp est une fonction décrivant la déviation temporelle entre signatures, rapportant même la présence d’inversions dans l’ordre d’apparition de transitoires.

Keywords: 

Multi-scale correlation, DTW, time-warping, acoustic monitoring, vibro-acoustic, power transformer, tap-changer

Mots clés

Corrélation multiéchelle, DTW, recalage temporel, distorsion temporelle, surveillance acoustique, vibro-acoustique, transformateur, changeur de prises

1. Introduction
2. Algorithme DTW Conventionnel Et Limitations
3. Recalage Temporel Par Corrélation Multiéchelle Dyadique
4. Comportement Des Algorithmes DTW Et CMED
5. Conclusion
  References

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