[发明专利]一种基于音频的水工隧洞运行期空蚀空化实时监测方法和系统

说明书

本申请提供了一种基于音频的水工隧洞运行期空蚀空化实时监测方法和系统，能够实时监测水工隧洞内的音频信号，及时识别空化空蚀破坏的发生，保证水工隧洞的结构安全，保障水利枢纽的长期安全运行。所述方法包括：声学传感器用于采集所述声学传感器所在位置的水工隧洞内的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号；数据采集仪用于将所述电信号转换为数字信号，所述声学传感器通过水工光缆与所述数据采集仪连接；所述数据采集仪将所述数字信号输入服务器；所述服务器根据所述数字信号和水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化。

技术领域

本申请涉及水利工程领域，并且更具体的，涉及一种基于音频的水工隧洞运行期空蚀空化实时监测方法和系统。

背景技术

水工隧洞根据类型的不同，承担着泄洪、导流等重要任务。随着近年来高坝大库水利枢纽的建设，水工隧洞中的流速大大提高，尤其在汛期泄洪时，洞内流速往往可达40～50m/s。高速水流流经不平整边界时压强骤降，水体内气核迅速膨胀成空气泡形成空穴流，之后流经高压区时气泡会发生溃灭，对边界造成极大的冲击作用，造成边壁的剥离，发生空化空蚀破坏。

在枢纽工程的运行管理中，一般是在泄洪作业后通过人工巡检排查空化空蚀破坏部位，并进行相应的修复工作。这种传统的监测检修方式无法实时确认泄洪过程中的水流空化状态，一旦破坏发生，空化空蚀面积和深度很可能加速发展，严重危害隧洞结构安全和过水能力，存在很大的安全隐患。因此，寻找实时监测水工隧洞空化空蚀状态的新思路新方法是当前亟待解决的问题。

发明内容

本申请提供一种基于音频的水工隧洞运行期空蚀空化实时监测方法和系统，可以实时监测水工隧洞内的音频信号，及时识别空化空蚀破坏的发生，保证水工隧洞的结构安全，保障水利枢纽的长期安全运行。

第一方面，提供了一种监测水工隧洞空蚀空化的方法，包括：声学传感器用于采集所述声学传感器所在位置的水工隧洞内的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号；数据采集仪用于将所述电信号转换为数字信号，所述声学传感器通过水工光缆与所述数据采集仪连接；所述数据采集仪将所述数字信号输入服务器；所述服务器根据所述数字信号和水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化。

因此，通过声学传感器采集所述声学传感器所在位置的水工隧洞内的声音信号，并通过所述数据采集仪将所述声音信号转化的所述数字信号输入服务器，所述服务器根据所述数字信号和水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化，可以实时监测水工隧洞内的音频信号，及时识别空化空蚀破坏的发生，避免人工巡检排查空化空蚀破坏部位的安全隐患，保证水工隧洞的结构安全，保障水利枢纽的长期安全运行。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述声学传感器安装于水工隧洞内易发生空化空蚀破坏的位置的隧洞顶部，所述水工隧洞内易发生空化空蚀破坏的位置包括下述多个位置中的任一个或多个位置：水工隧洞补气坎上游设定距离处、水工隧洞渐变段首末端和水工隧洞渥奇段处。

可选的，所述声学传感器声音信号的量程为：0-150dB，频谱测量范围为：0.35-100kHz。

为了防止水汽或溅水对所述声学传感器正常工作的不利影响，所述声学传感器应安装在隧洞断面的洞顶处，而且所述声学传感器外部需设置保护罩进行防水和保护。结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述服务器根据所述数字信号和水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化，包括：所述服务器根据自适应滤波器去除所述数字信号的背景噪音，获得目标信号；所述服务器计算所述目标信号的噪声频谱特征；所述服务器根据所述目标信号的噪声频谱特征和所述水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化。