光纜風噪聲分布式在線測量方法與流程

2023-10-09 19:21:19

本發明涉及電力監測技術領域，特別是涉及到輸電線路光纜風噪聲分布式在線測量方法。

背景技術：

風噪聲是輸電線路上的一個重要噪聲來源，其嚴重時可超出環保噪聲標準，在城市等人口聚居區域可產生一定的聲音汙染，隨著輸電網絡的加密以及人口居住地的擴張，部分線路區段的噪聲水平已經影響到人類正常的生產生活。

對輸電線路可聽噪聲的測量方法行業標準為使用聲級計，在線路檔中正下方及其側面幾個不同距離上進行定點、定向的短時或長時測量，要求測點附近平坦、無障礙物遮擋或反射，並屏蔽環境電磁場、修正背景噪聲的影響，之後獲得的地面聲壓級即為噪聲的一種表示。結合傳聲器、頻譜分析儀等可獲得聲波頻譜。對風噪聲源的定位則需要多個合理布置並定向的傳聲器同步工作（見申請號：201610109690.3）。

該傳統測量方式對環境的要求較為苛刻，在多數情況下都難以實現較為理想的條件，而且無法避免電磁、背景噪聲的影響，使得測量的數據往往精度不高，點式的測量也不具備代表性，要確定噪聲強點的耗費較大。如果能從噪聲源出發直接進行測量，則可能避開一系列問題。

有鑑於此，有必要提供一種光纜風噪聲分布式在線測量方法，以解決上述問題。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服上述背景技術的不足，提供一種利用分布式光學測量技術的風噪聲監測方法，通過直接探測線上噪聲發射情況，解決上述測量條件等難題。

為實現此目的，本發明所採用的技術方案是：一種光纜風噪聲分布式在線測量方法，其特徵在於，使用光學監測主機連接待測環境中的光纖作為傳感載體，實時獲取光纖各位置的風振頻譜，根據標定模型計算出線上輻射聲壓級，並依據線路參數換算出地面風噪聲聲壓級。

作為進一步優選的，所述光學監測主機，實現沿傳感載體的分布式風致振動頻譜的光學測量。

作為進一步優選的，所述傳感載體為光纜，包括輸電線路光纖複合地線OPGW或者光纖複合導線OPPC。

作為進一步優選的，所述標定模型，利用風洞或現場風環境進行風振頻譜和聲壓級的同時測量，並建立二者之間的數學關係。

作為進一步優選的，所述測量方法包含如下步驟：

S1，使用光學監測主機，即分布式振動監測設備連接線路光纖，進行實時測量得到光纖沿線各點的振動頻譜；

S2，由標定試驗數據確定標定模型，該模型給出振動頻譜到聲壓級的轉換關係；

S3，根據標定模型對實測振動頻譜計算出光纜各點垂向固定距離y上的輻射 聲壓級La，該標準距離y可以沿用標定試驗中的聲壓計離光纜的距離；

S4，取得線路的走向以及其附近地面位置的全部幾何參數，作為地面聲壓級計算的輸入；

S5，根據S3所得輻射聲壓級以及S4線路參數由聲波傳播規律以及各點線性累加規律進行擴散衰減和積分計算地面待測各位置的聲壓級Lp。

作為進一步優選的，步驟S1的光學監測主機其有效測量頻率設置為10kHz量級以恰當包含聲波頻段。

作為進一步優選的，步驟S2標定模型的試驗確定流程，包含以下步驟：

S21，在靜音風洞中或環境許可的輸電線路現場設置一段直線光纜，使光纜垂直於風向，振動監測設備連接光纜中的光纖，並同時在光纜正下方距離y上設置聲壓計，對其搭建防風結構避免風對聲壓測量的幹擾，距離y可以依風洞條件固定為1-3米之間；

S22，在風洞以可控的固定風速運行時，進行定點光學監測，取得振動頻譜；

S23，同步使用聲壓計進行該距離上的輻射聲壓測量，並依據A計權計算人耳可聽的輻射聲壓級La；

S24，對振動頻譜按照同樣的A計權網絡進行加權構造出頻譜加權強度U；

S25，在不同的風速v下重複S22-S24的測量，形成{U，La}關係序列，進而得出函數La（U）。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：該技術方案所實現的風噪聲監測方法，由於其僅在光纖一端接入即可測量全線，由於地形遮擋或反射等傳播效應導致的扭曲和現場氣象影響測量設備等問題可以避開，採用光學方法進行測量則避免了電磁效應影響，直接測量噪聲源時由於其強度大而可以直接忽略背景噪聲造成的偏差並解除該方面帶來的測量限制。沿線路的分布式測量經一定的算法可提供噪聲源的定位信息。

附圖說明

圖1為本發明的光纜風噪聲分布式在線測量方法示意圖。

圖2為本發明的光纜風噪聲分布式在線測量方法的標定流程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細描述，但該實施例不應理解為對本發明的限制。

本發明提供的光纜風噪聲分布式在線測量方法，使用光學監測主機連接待測環境中的光纖作為傳感載體，實時獲取光纖各位置的風振頻譜，根據標定模型計算出線上輻射聲壓級，並依據線路參數換算出地面風噪聲聲壓級。

其中的光學監測主機，可實現沿傳感載體的分布式風致振動頻譜的光學測量。

其中的傳感載體為光纜，包含而不僅限於輸電線路光纖複合地線（OPGW）、光纖複合導線（OPPC）等架空光纜。

其中的標定模型，利用風洞或現場風環境進行風振頻譜和聲壓級的同時測量，並建立二者之間的數學關係。

圖1為分布式測量線路風噪聲的方法總體流程，包含步驟S1到S5，各步驟詳述如下：

S1，由分布式振動監測設備連接線路光纖，進行實時測量得到光纖沿線各點的振動頻譜；

其測量對象選擇為輸電線路常見的光纖複合地線OPGW或者光纖複合導線OPPC，其有效測量頻率設置為10kHz量級以恰當包含聲波頻段。

S2，由標定試驗數據確定的標定模型，其中更詳細的步驟見圖2，該模型給出振動頻譜到聲壓級的轉換關係。

S3，根據標定模型對實測振動頻譜計算出光纜各點垂向固定距離y上的輻射 聲壓級La，該標準距離y可沿用標定試驗中的聲壓計離光纜的距離。

S4，取得線路的走向以及其附近地面位置的全部幾何參數，作為地面聲壓級計算的輸入。

S5，根據S3所給輻射聲壓級以及S4線路參數由聲波傳播規律以及各點線性累加規律進行擴散衰減和積分計算地面待測各位置的聲壓級Lp。

步驟S5的成立是由於：相對於線路離地面的高度，y是很小的距離，S3可近似為測量到了光纜上各點的輻射聲壓級，而線路型號的一致性保證了線性累加即積分的可行性。

S2標定模型的試驗確定流程，包含S21-S25幾個步驟：

S21，在靜音風洞中設置一段直線光纜（或環境許可的輸電線路現場），使光纜垂直於風向，振動監測設備連接光纜中的光纖，並同時在光纜正下方距離y上設置聲壓計，對其搭建防風結構避免風對聲壓測量的幹擾，距離y可依風洞條件固定為1-3米之間。

S22，在風洞以可控的固定風速運行時，進行定點光學監測，取得振動頻譜。

S23，同步使用聲壓計進行該距離上的輻射聲壓測量，並依據A計權計算人耳可聽的輻射聲壓級La，A計權是反映人耳對各頻率聲壓的不同響應程度的常用權重。

S24，對振動頻譜按照同樣的A計權網絡進行加權構造出頻譜加權強度U。

S25，在不同的風速v下重複S22-S24的測量，形成{U，La}關係序列，進而得出函數La（U）。

之所以可以得到一個可用於標定計算的單調函數，是由於一方面聲壓級被證明隨著風速的增大而急速增大（經驗成6次方關係），另一方面風速的增大使得振動頻率成正比地提高。另外，使用步驟S24的目的首先是要形成多對一映射，其次是考慮聲壓級本身計算已使用了計權，考慮對稱性來保障上述單調關係的成立，對振動頻譜也進行同樣加權。

顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。

本說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員公知的現有技術。