[发明专利]基于窄带超声波束形成的变压器微型机器鱼定位成像方法

说明书

本发明涉及一种基于窄带超声波束形成的变压器微型机器鱼定位成像方法，包括以下步骤：步骤1：构建变压器微型机器鱼定位系统；步骤2：将微型机器鱼的三维定位模型转变成二维定位模型；步骤3：采用窄带超声波束形成方法获得微型机器鱼在二维定位模型上的位置图像。本发明通过微型机器鱼内置的超声探头发送窄带超声信号，通过外置的超声阵列接收超声信号并进行信号处理，最后采用波束形成算法获得微型机器鱼的位置图像，实现微型机器鱼的定位，该定位方法具有发射的超声信号便于调制、接收的超声阵列布局灵活、定位结果准确等优点。

技术领域

本发明属于变压器检测领域，涉及微型机器鱼定位方法，尤其是一种基于窄带超声波束形成的变压器微型机器鱼定位成像方法。

背景技术

变压器承担着电能传输与转换的任务，是电网的核心设备，其安全运行对电网具有至关重要的作用。但是由于运行环境和工况复杂，并且易受不良工况冲击，变压器一旦发生故障可能会引起大面积停电，甚至是火灾、爆炸等事故，造成巨大的经济损失。因此，实现变压器的检测和监测、建立变压器运行状况的健康管理和故障预警，对于保障电网的安全稳定运行具有重要的理论意义和工程价值。

随着机器人技术的进步，采用微型机器鱼进入油浸式变压器的内部进行巡检，能够实现变压器故障更直观、更快速的分析、定位以及故障的早期预警。微型机器鱼在变压器内部巡检的过程中，需要首先知道自身在变压器油中的位置信息，然后才能根据控制指令完成路径规划和各种巡检任务，因此，微型机器鱼在变压器油中的定位是其完成巡检任务的首要和关键问题。

目前，国内外机器人的定位方法主要依靠雷达、GPS、声学和机器视觉等技术，但是考虑到变压器内部的特殊环境，例如：变压器内部电磁干扰较强、变压器油对雷达波衰减严重，并且变压器油内无光照能见度低等问题，目前还缺乏准确有效的定位方法。因此，研究适用于变压器内部特殊应用环境的巡检微型机器鱼定位方法具有重要的意义。

CN110849357A公开了一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，该方法利用声-电定位传感器来检测变压器微型机器鱼定期发出的超声信号和电磁波信号；根据测得的超声信号和电磁波信号计算出变压器微型机器鱼的精确位姿，使用该精确位姿对变压器微型机器鱼惯性导航的位姿进行修正，最终得到变压器微型机器鱼当前的位姿。该方法的问题在于变压器内部电磁干扰较强、变压器油对雷达波衰减严重，利用电磁波定位很容易受到影响，定位结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于窄带超声波束形成的变压器微型机器鱼定位成像方法，解决变压器内部微型机器鱼定位不准确的问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于窄带超声波束形成的变压器微型机器鱼定位成像方法，包括以下步骤：

步骤1、构建变压器微型机器鱼定位系统；

步骤2、将微型机器鱼的三维定位模型转变成二维定位模型；

步骤3、采用窄带超声波束形成方法获得微型机器鱼在二维定位模型上的位置图像。

而且，所述变压器微型机器鱼定位系统包括微型机器鱼内置传感系统和微型机器鱼外置传感系统，所述内置传感系统放置在微型机器鱼体上，包括深度检测传感器和超声发射探头；外置传感系统放置在变压器油中，包括超声接收传感阵列和信号处理单元。

而且，所述步骤2采用计算微型机器鱼的深度信息来实现三维定位模型与二维定位模型的转变，其深度信息的计算方法为：

通过微型机器鱼定位系统中深度检测传感器采集压强信息，利用以下公式实现压强和深度的换算，获得微型机器鱼的深度信息；

公式中，h为微型机器鱼的深度，P为压强，ρ为变压器油的密度，g为重力加速度。