[发明专利]基于广义互相关的变压器机器鱼避障系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于广义互相关的变压器机器鱼避障系统及方法，该系统包括机器鱼超声发射单元、超声接收单元、超声传播时延估计单元、距离计算单元和运动单元；超声发射单元向机器鱼的前、后、左、右、上、下6个方向发射超声信号；超声接收单元接收6个方向反射回波信号；超声传播时延估计单元计算6个方向上超声发射信号和反射回波信号之间的时间延迟；距离计算单元计算机器鱼6个方向与障碍物之间的距离；运动单元控制机器鱼的左右转向和上浮、下沉，从而躲避障碍物。本发明根据变压器内部噪声的复杂情况，灵活调节PHAT‑beta广义互相关算法中的指数调节因子，即可获得准确的时延估计性能，实现机器鱼在变压器油中躲避障碍物功能。

技术领域

本发明属于变压器技术领域，尤其是一种基于广义互相关的变压器机器鱼避障系统及方法。

背景技术

变压器的安全运行对电网的稳定性具有至关重要的作用，但是随着服役时间的增加和不良工况的冲击，变压器在运行过程中会发生各种故障，尤其是内部故障存在难以及时发现、检测和定位的问题。因此，对变压器的运行状态进行检测和监测、建立变压器故障诊断和预警系统，对于保障变压器和电网的安全具有重要的理论研究意义和工程应用价值。

目前，变压器的故障检测方法主要包括：局部放电监测和油中溶解气体分析法(Dissolved Gas Analysis,DGA)。近年来，随着微型机器人技术和人工智能算法的进步，机器人可以完成各种复杂环境下的故障检测。通过变压器注油孔将微型机器鱼放入油浸式变压器内部，根据机器鱼体上安装的传感系统能够实现变压器内部故障更直观、更快速的分析。为了避免机器鱼与变压器内部组件发生碰撞，需要实时测量机器鱼与周围障碍物的时间延迟。

目前，时延估计方法主要包括：上升沿触发法、阈值触发法、基本互相关、广义互相关、高阶统计量和神经网络等。虽然时延估计在信号处理领域中得到了很大的发展，但是，由于变压器内部工况和噪声条件复杂，目前还缺乏准确的机器鱼时延估计和避障方法，因此，如何实现变压器内部特殊应用环境的巡检机器鱼时延估计避障方法是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、具有抗干扰能力强且时延估计结果准确的基于广义互相关的变压器机器鱼避障系统及方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于广义互相关的变压器机器鱼避障系统及方法，包括机器鱼超声发射单元、超声接收单元、超声传播时延估计单元、距离计算单元和运动单元；所述超声发射单元采用指向性超声探头，向机器鱼的前、后、左、右、上、下6个方向发射超声信号；所述超声接收单元接收机器鱼的前、后、左、右、上、下6个方向反射回波信号；所述超声传播时延估计单元与超声发射单元、超声接收单元相连接，计算6个方向上超声发射信号和反射回波信号之间的时间延迟；所述距离计算单元与超声传播时延估计单元相连接，根据超声传播时延估计单元提供的6个方向的时间延迟和变压器油中的声波速计算机器鱼6个方向与障碍物之间的距离；所述运动单元与距离计算单元相连接，根据机器鱼6个方向与障碍物之间的距离，控制机器鱼的左右转向和上浮、下沉，从而躲避障碍物。

而且，所述超声发射单元和超声接收单元采用收发一体式的指向性超声探头。

而且，所述指向性超声探头为两个，两个指向性超声探头分别安装在机器鱼的上部和下部，所述上部指向性超声探头完成向前、后、左、右、上5个方向发射和接收超声信号，下部指向性超声探头完成向下1个方向发射和接收超声信号。

而且，所述指向性超声探头的方向角小于10°。

而且，所述超声发射单元的超声发射信号类型采用的调制的窄带超声信号，信号类型为中心频率100kHz～1MHz的正弦波或方波，信号时长为5～10周期。

一种基于广义互相关的变压器机器鱼避障系统的方法，包括以下步骤：