[发明专利]一种基于声学成像的GIS设备机械故障检测系统及方法

说明书

本发明提供过了一种基于声学成像的GIS设备机械故障检测系统及方法，系统包括声信号采集模块、声信号处理模块、声场成像模块、视频采集模块、叠加定位输出模块和人机交互终端，声信号采集模块包括非均匀螺旋布置结构的麦克风阵列和模数转换模块，用于采集多通道声音信号；检测方法通过谱减法对采集声信号进行处理，基于阵列构建声场模型，包括测点平面测点模型和声源聚焦点模型，之后通过波束形成算法计算获得中间结构，结合反卷积DAMAS算法进行迭代计算，输出声场云分布图，再将与声信号同步采集的图像数据进行叠加融合，输出声场效果图。

技术领域

本发明涉及声学成像的机械故障检测技术领域，特别涉及一种基于声学成像的GIS设备机械故障检测系统及方法。

背景技术

气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear，GIS)由于具有结构紧凑、可靠性高、安全性强、运行维护方便等优点，因而被广泛用于重要负荷及枢纽变电站中，是当今输电网络中一种应用广泛的电气设备，其稳定可靠运行直接关系到电力系统的安全。

运行中的GIS设备总存在固有的振动频率，当设备存在紧固件松动、开关触头接触不良、壳体对接不平衡等机械性缺陷时，在交变电动力、电磁力、开关操作机械力等因素的作用下就会产生不同振动频率的机械运动，进而造成设备异响振动。异常振动对GIS设备危害巨大，可能会引发螺栓松动、SF6气体泄漏、气体压力下降、绝缘子损坏、外壳接地点悬浮等故障，严重时将造成绝缘事故。因此，加强对GIS机械性振动故障的检测，是保证GIS安全运行的重要手段。

传统的接触式振动检测方法，是通过将振动传感器置于GIS设备的壳体上测量振动信号，根据振动信号的强弱检测GIS设备的故障点，这种方法对测点的选择具有较高的要求，若测点选择不当，那么由于局部声学特征对故障不敏感，因而难以全面准确的反映GIS设备的机械状况，且在实际应用中，由于现有的振动检测系统构成较复杂、操作繁琐、检测范围受限、检测结果不直观，现场应用效果较差。

发明内容

本发明提供了一种基于声学成像的GIS设备机械故障检测系统及方法，利用声学成像技术，通过设计的麦克风阵列对待检测设备的异响源辐射声场进行测量，获取声场信号，并从声场信号构成的声学图像中提取空间分布特征，定位该声场下的故障点，结合同步采集的可见光图像进行叠加融合，最终以图像的形式显示声源在空间的分布情况，有效的获取并显示待检测设备的机械故障定位输出。

本发明提供了一种基于声学成像的GIS设备机械故障检测系统，所述检测系统包括声信号采集模块、声信号处理模块、声场成像模块、视频采集模块、叠加定位输出模块和人机交互终端；

所述声信号采集模块包括麦克风阵列和模数转换模块；

所述麦克风阵列用于获取异响源辐射声场信号，并传输到所述模数转换模块中，将采集的模拟声场信号进行数字化处理，传输至声信号处理模块；

所述声信号处理模块接收声信号采集模块传输的声音信号，并对接收的声音信号进行噪声去除与幅值增强处理；

所述声场成像模块用于接收所述声信号处理模块传输的声音信号数据，通过声学算法对接收的声音信号数据进行分析处理，获得声源的特征信息参数，并输出包含声源信息的声场分布云图；

所述叠加定位输出模块用于接收声场分布云图数据和所述视频采集模块采集的可见光图像数据，以可见光图像数据为背景，将声场分布云图与其叠加获得声学成像效果图，并根据人机交互终端的指令将所述声学成像效果图输出显示。

进一步的，所述麦克风阵列采用非均匀螺旋形结构布置，所述麦克风阵列中各麦克风之间的间隔为0.04m，声阵列孔径均为0.6m。

本发明还提供了一种基于声学成像的GIS设备机械故障检测方法，基于上述系统，方法具体方案如下：