一種可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置製造方法
2023-05-24 17:14:56 1
一種可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，包括通過同軸電纜相連的成像顯示機構和噪聲探測機構，所述噪聲探測機構包括矩陣設置於二次曲面結構上的噪聲傳感器和信號預處理電路；所述成像顯示機構包括顯示器、處理器和與所述處理器連接的數據存儲器；所述處理器設置聲強映射處理模塊用以驅動顯示聲強映射圖來快速判斷噪聲源。本實用新型根據變電站待測設備位置，建立二次曲面的立方體數據模型，基於該模型建立三維坐標系，並對相關噪聲信號進行預處理和顯示處理，利用偽圖像信息進行噪聲成像，並且利用色環帶分析實現快速故障定位。本實用新型有效提高了變電站檢修維護的工作效率，簡便實用，具有很好的推廣應用價值。
【專利說明】一種可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於聲波定位設備【技術領域】，特別涉及一種可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置。
【背景技術】
[0002]隨著電力企業管理精細化、服務人性化、資料規範化，對電器設備的運行狀態的周期性試驗和抽試要求越來越高、越來越細，傳統的聽聲辯位已經很難徹底地解決現場技術問題；研究發現，任何電氣設備在運行中，由於受到交變電流的作用，都會發生各種聲音和振動，這些聲音和振動是運行設備所特有的，是表示設備運行狀態的一種特徵。例如，變電站多是處在一個有多種噪聲的環境下，其中大多是工頻聲信號，當設備出現故障時，必然會伴隨產生噪聲信號，這些噪聲和工頻聲信號混雜在環境聲響中。但是，變電站同時又是一個環境比較特殊的場所，在變電站運行狀態下是不允許人靠近設備的，屬於危險區域，工作期間禁止人員接近，因此，設備故障無法預知、設備故障後無法定位，對其故障缺陷的檢測十分困難。而在定期的檢修期間，技術人員又無法重現高壓時的故障現象，這個問題一直沒有得到解決突破，只能人工憑經驗推斷，大面積更換設備，但對於異常聲音的定位，僅憑耳朵是很難做到的。所以如何在嘈雜環境下進行聲源定位就顯得尤為重要，並且在其他行業也極具應用價值。目前，變電站的異常噪聲源的查找方法智能化程度很低，無法快速準確的查找噪聲源、排除故障，以此來減少設備故障對變電站帶來的巨大損失。機械科學與技術期刊2008年6月，第二十七卷第六期「超聲波遠距離振動信號檢測系統的設計」記載:在機械設備狀態監測與故障診斷中，振動信號是一個重要的狀態參量，文章針對壓電式、電渦流傳感器等常規的振動測量方法和儀器在特殊環境中的局限性，提出了基於超聲波的非接觸式檢測方法，研究並設計了系統檢測裝置，該檢測裝置主要由超聲波發生模塊、超聲波接收模塊和基於L abV IEW的數據採集赴理3個部分組成，利用該裝置對振動對象進行遠距離測量。但是上述檢測裝置需要對振動對象發射超聲波信號，利用振動對超聲波信號調製之後再進行信號接收，處理確定故障點，結構相對複雜。CN 101865789 A公開了一種工業檢測領域的近場聲全息聲像模式識別的故障檢測裝置及其檢測方法，包括傳聲器陣列、掃描架、參考源、固支肋板、激振源和數據採集系統。利用機械正常與故障狀態下聲壓幅值和分布的變化，借鑑圖像診斷技術在其他領域的應用，採用圖像處理、特徵提取和模式識別技術對近場聲全息圖像進行處理。但是對於信號採集量較大，數據處理麻煩，準確率比較低，同時對於裝置的要求較高，不便於推廣使用。
實用新型內容
[0003]本實用新型的目的在於解決上述問題，提供一種方便觀察、操作安全的可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置。
[0004]為實現上述目的，本實用新型所採用的技術方案是:一種可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，包括通過同軸電纜相連的成像顯示機構和噪聲探測機構，所述噪聲探測機構包括矩陣設置於二次曲面結構上的噪聲傳感器和信號預處理電路。
[0005]所述成像顯示機構包括顯示器、處理器和與所述處理器連接的數據存儲器；所述處理器輸入端連接噪聲探測機構的輸出端，所述處理器的輸出端連接所述顯示器。
[0006]所述處理器設置聲強映射處理模塊，所述聲強映射處理模塊生成的聲強映射圖通過閾值電路在所述顯示器以不同顏色的像素點顯示出來，所述相同顏色像素點組成的色環帶代表相同聲強閾值。
[0007]所述二次曲面結構上的噪聲傳感器數量設置為16個或32個或者64個。
[0008]所述信號預處理電路包括自適應放大電路、低通濾波電路、分幀電路和加窗電路，所述分巾貞電路設置巾貞移為10ms。
[0009]所述噪聲傳感器包括外殼體、芯軸、內罩、內蓋、電路板、陶瓷壓電片和底座構成，所述電路板裝有含有兩個固有頻率ωη不相同的壓電陶磁片的阻抗變換放大電路，所述內罩固定在所述外殼體上，所述底座通過芯軸與所述內罩固定連接，所述壓電陶瓷片安裝在芯軸上，所述內蓋固定在內罩上，所述電路板固定在所述內蓋上，所述阻抗變換放大電路外連所述信號預處理電路。
[0010]所述二次曲面結構弧面前端周向設置前伸的喇叭形導音板。
[0011]所述二次曲面結構下方設置支撐架，所述支撐架下部設置萬向輪，所述支撐架上設置升降構件。
[0012]所述處理器連接報警裝置，所述報警裝置包括聲音和閃光報警器。
[0013]本實用新型包括通過同軸電纜相連的成像顯示機構和噪聲探測機構，所述噪聲探測機構包括矩陣設置於二次曲面結構上的噪聲傳感器和信號預處理電路；所述成像顯示機構包括顯示器、處理器和與所述處理器連接的數據存儲器；所述處理器輸入端連接噪聲探測機構的輸出端，所述處理器的輸出端連接所述顯示器；通過所述二次曲面結構上的噪聲傳感器採集所述振動噪聲源信號的球面波信號，利用其立體結構進行定位，結合信號預處理電路，確定噪聲源信息並進行後期處理和顯示，方便故障診斷和預警分析，提高變電站系統安全運行；
[0014]所述處理器設置聲強映射處理模塊，所述聲強映射圖通過閾值電路在所述顯示器以不同顏色的像素點顯示出來，所述相同顏色像素點組成的色環帶代表相同聲強閾值，顯示結果清晰明了，方便使用者進行觀察和分析，對於快速故障診斷具有顯著的意義。
[0015]所述二次曲面結構上的噪聲傳感器數量設置為16個或32個或者64個，不僅便於對採集的數據進行二進位處理分析，而且布置規範；所述信號預處理電路包括自適應放大電路、低通濾波電路、分幀電路和加窗電路，通過對信號進行放大，然後低通濾波濾除高頻和多倍頻信號，減少高頻以及倍頻信號的幹擾，減輕數據分析難度，並以分幀電路和加窗電路對採集數據進行量化分析和顯示，便於形成聲強映射圖的基礎數據信息。
[0016]所述噪聲傳感器包括外殼體、芯軸、內罩、內蓋、電路板、陶瓷壓電片和底座構成，所述電路板裝有含有兩個固有頻率ωη不相同的壓電陶磁片的阻抗變換放大電路，所述內罩固定在所述外殼體上，所述底座通過芯軸與所述內罩固定連接，所述壓電陶瓷片安裝在芯軸上，所述內蓋固定在內罩上，所述電路板固定在所述內蓋上，所述阻抗變換放大電路外連所述信號預處理電路，比壓電陶瓷片類的拾音探頭的頻率響應範圍更寬，較之單壓電片探頭的輸出頻率範圍可增大到2倍左右，其收到能量大、機械振幅強，於是壓電陶瓷片產生更強的電信號，提高了對信號採集的高靈敏度；同時其對空氣中聲音的幹擾可提高15?25分貝。
[0017]所述二次曲面結構弧面前端周向設置前伸的喇叭形導音板，不僅可以提高收集到信號的準確度，也可以減少非檢測範圍內其他噪聲信號的疊加幹擾，影響判斷的準確性和
可靠性；
[0018]所述二次曲面結構下方設置支撐架，所述支撐架下部設置萬向輪，可以方便使用時候調整與被檢測對象的距離，並且運輸、攜帶方便；所述支撐架上設置升降構件，可以根據被檢測部位的高度進行初步調整，提高檢測準確性；所述處理器連接報警裝置，所述報警裝置包括聲音和閃光報警器，在處理器對信號進行處理後結合數據存儲器內的數據信息進行對比分析，初步預警故障信息，給後續按照聲強映射圖的信息進行精確定位提供良好的基礎條件。
[0019]本實用新型創新性的把噪聲信號獲取和處理分開，系統前端噪聲信號採集部件具有便攜、定位準確、預處理迅速等特點，處理、顯示部件具有功能豐富、顯示明細、預警及時的功能優點。本實用新型可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置從根本上解決了變電站設備故障無法準確預警，故障位置不能準確判斷等難題，能夠為及時掌握變電站設備運行情況提供技術保障，為設備故障點的準確判斷提供理論依據。該偵測系統還具有以下特點:
[0020]I)採集和處理分開，保證了噪聲源定位的準確性；
[0021]2)到達時間採集模塊採用全硬體電路實現，確保了數據信息傳輸處理可靠性和定位的精度；
[0022]3)自帶時鐘並定時與中心端進行時鐘校準，保證時鐘的準確性；
[0023]4)可以存儲信息，便於後期分析和列印記錄的動作狀態信息如:噪聲源位置坐標、噪聲源出現時間、噪聲源所處機櫃信息等；
[0024]5)整套設備裝置製作小巧、精緻，現場安裝接線更簡單、方便。
[0025]本實用新型根據變電站待測設備位置，建立二次曲面的立方體數據模型，基於該模型建立三維坐標系，在該模型各定點位置設設置至少16個噪聲傳感器，並對相關噪聲信號進行預處理和顯示處理，利用偽圖像信息進行成像，獲得模擬全景噪聲信號並實現噪聲成像，並且利用色環帶使分析簡便，可以實現快速故障定位。驗證得出檢測的變電站靜態目標與噪聲相應目標相互吻合，噪聲成像信息可靠度高。本實用新型通過利於超聲波探測定位，並所述成像顯示機構和噪聲探測機構設置為一體的結構，有效地解決了人耳無法知覺和定位的變電站異常振動，確保設備運行在正常的狀態下，在設備出現運行故障前，找到問題並解決掉，防患於未然，有效提高了變電站檢修維護的工作效率，本實用新型簡便實用效率高，具有很好的推廣應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]下面結合附圖對本實用新型做進一步的說明:
[0027]圖1是本實用新型中可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置的結構示意圖；
[0028]圖2是本實用新型中可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置的信號處理框圖。
【具體實施方式】[0029]具體實施例一
[0030]如圖1和圖2所示，一種可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，包括通過同軸電纜相連的成像顯示機構和噪聲探測機構，所述噪聲探測機構包括矩陣設置於二次曲面結構1上的噪聲傳感器12和信號預處理電路，所述噪聲傳感器2數量設置為32個。
[0031]所述成像顯示機構包括顯示器2、處理器3和與所述處理器3連接的數據存儲器4 ;所述處理器3輸入端連接噪聲探測機構的輸出端，所述處理器3的輸出端連接所述顯示器2。
[0032]所述處理器3設置聲強映射處理模塊5，所述聲強映射處理模塊5生成的聲強映射圖通過閾值電路在所述顯示器2以不同顏色的像素點顯示出來，所述相同顏色像素點組成的色環帶6代表相同聲強閾值。
[0033]所述信號預處理電路包括自適應放大電路、低通濾波電路、分幀電路和加窗電路，所述分巾貞電路設置巾貞移為10ms。
[0034]所述噪聲傳感器12包括外殼體、芯軸、內罩、內蓋、電路板、陶瓷壓電片和底座構成，所述電路板裝有含有兩個固有頻率ωη不相同的壓電陶磁片的阻抗變換放大電路，所述內罩固定在所述外殼體上，所述底座通過芯軸與所述內罩固定連接，所述壓電陶瓷片安裝在芯軸上，所述內蓋固定在內罩上，所述電路板固定在所述內蓋上，所述阻抗變換放大電路外連所述信號預處理電路。
[0035]所述二次曲面結構1的弧面前端周向設置前伸的喇叭形導音板7。
[0036]所述二次曲面結構1下方設置支撐架8，所述支撐架8下部設置萬向輪9，所述支撐架8上設置升降構件10。
[0037]所述處理器3連接報警裝置11，所述報警裝置11包括聲音和閃光報警器。
[0038]具體實施例二
[0039]與具體實施例一區別僅在於:所述二次曲面結構1上的噪聲傳感器2數量設置為16個或64個。
[0040]上述實施例中，本實用新型包括通過同軸電纜相連的成像顯示機構和噪聲探測機構，所述噪聲探測機構包括矩陣設置於二次曲面結構1上的噪聲傳感器12和信號預處理電路；所述成像顯示機構包括顯示器2、處理器3和與所述處理器3連接的數據存儲器4 ;所述處理器3輸入端連接噪聲探測機構的輸出端，所述處理器3的輸出端連接所述顯示器2 ;通過所述二次曲面結構1上的噪聲傳感器12採集所述振動噪聲源信號的球面波信號，利用其立體結構進行定位，結合信號預處理電路，確定噪聲源信息並進行後期處理和顯示，方便故障診斷和預警分析，提高變電站系統安全運行。
[0041]所述處理器3設置聲強映射處理模塊5，所述聲強映射圖通過閾值電路在所述顯示器2以不同顏色的像素點顯示出來，所述相同顏色像素點組成的色環帶6代表相同聲強閾值，顯示結果清晰明了，方便使用者進行觀察和分析，對於快速故障診斷具有顯著的意義。
[0042]所述二次曲面結構1上的噪聲傳感器12數量設置為16個或32個或者64個，不僅便於對採集的數據進行二進位處理分析，而且布置規範。
[0043]所述信號預處理電路包括自適應放大電路、低通濾波電路、分幀電路和加窗電路，通過對信號進行放大，然後低通濾波濾除高頻和多倍頻信號，減少高頻以及倍頻信號的幹擾，減輕數據分析難度，並以分幀電路和加窗電路對採集是數據進行量化分析和顯示，便於形成聲強映射圖的基礎數據信息。
[0044]所述噪聲傳感器12包括外殼體、芯軸、內罩、內蓋、電路板、陶瓷壓電片和底座構成，所述電路板裝有含有兩個固有頻率ωη不相同的壓電陶磁片的阻抗變換放大電路，所述內罩固定在所述外殼體上，所述底座通過芯軸與所述內罩固定連接，所述壓電陶瓷片安裝在芯軸上，所述內蓋固定在內罩上，所述電路板固定在所述內蓋上，所述阻抗變換放大電路外連所述信號預處理電路，比壓電陶瓷片類的拾音探頭的頻率響應範圍更寬，較之單壓電片探頭的輸出頻率範圍可增大到2倍左右，其收到能量大、機械振幅強，於是壓電陶瓷片產生更強的電信號，提高了對信號採集的高靈敏度；同時其對空氣中聲音的幹擾可提高15?25分貝。
[0045]所述二次曲面結構I弧面前端周向設置前伸的喇叭形導音板7，不僅可以提高收集到信號的準確度，也可以減少非檢測範圍內其他噪聲信號的疊加幹擾，影響判斷的準確性和可靠性；
[0046]所述二次曲面結構I下方設置支撐架8，所述支撐架8下部設置萬向輪9，可以方便使用時候調整與被檢測對象的距離，並且運輸、攜帶方便；所述支撐架8上設置升降構件10，可以根據被檢測部位的高度進行初步調整，提高檢測準確性。
[0047]所述處理器3連接報警裝置11，所述報警裝置11包括聲音和閃光報警器，在處理器3對信號進行處理後結合數據存儲器4內的數據信息進行對比分析，初步預警故障信息，給後續按照聲強映射圖的信息進行精確定位提供良好的基礎條件。
[0048]本實用新型創新性的把噪聲信號獲取和處理分開，系統前端噪聲信號採集部件具有便攜、定位準確、預處理迅速等特點，處理、顯示部件具有功能豐富、顯示明細、預警及時的功能優點。本實用新型可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置從根本上解決了變電站設備故障無法準確預警，故障位置不能準確判斷等難題，能夠為及時掌握變電站設備運行情況提供技術保障，為設備故障點的準確判斷提供理論依據。該偵測系統還具有以下特點:
[0049]I)採集和處理分開，保證了噪聲源定位的準確性；
[0050]2)到達時間採集模塊採用全硬體電路實現，確保了數據信息傳輸處理可靠性和定位的精度；
[0051]3)自帶時鐘並定時與中心端進行時鐘校準，保證時鐘的準確性；
[0052]4)可以存儲信息，便於後期分析和列印記錄的動作狀態信息如:噪聲源位置坐標、噪聲源出現時間、噪聲源所處機櫃信息等；
[0053]5)整套設備裝置製作小巧、精緻，現場安裝接線更簡單、方便。
[0054]本實用新型根據變電站待測設備位置，建立二次曲面的立方體數據模型，基於該模型建立三維坐標系，在該模型各定點位置設設置至少16個噪聲傳感器12，並對相關噪聲信號進行預處理和顯示處理，利用偽圖像信息進行成像，獲得模擬全景噪聲信號並實現噪聲成像，並且利用色環帶6使分析簡便，可以實現快速故障定位。驗證得出檢測的變電站靜態目標與噪聲相應目標相互吻合，噪聲成像信息可靠度高。本實用新型通過利於超聲波探測定位，並所述成像顯示機構和噪聲探測機構設置為一體的結構，有效地解決了人耳無法知覺和定位的變電站異常振動，確保設備運行在正常的狀態下，在設備出現運行故障前，找到問題並解決掉，防患於未然，有效提高了變電站檢修維護的工作效率，本實用新型簡便實用效率高，具有很好的推廣應用價值。
【權利要求】
1.一種可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，其特徵在於:包括通過同軸電纜相連的噪聲探測機構和成像顯示機構，所述噪聲探測機構包括矩陣設置於二次曲面結構上的噪聲傳感器和信號預處理電路；所述成像顯示機構包括顯示器、處理器和與所述處理器連接的數據存儲器，所述處理器輸入端連接噪聲探測機構的輸出端，所述處理器的輸出端連接所述顯示器。
2.如權利要求1所述可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，其特徵在於:所述二次曲面結構上的噪聲傳感器數量設置為16個或32個或者64個。
3.如權利要求1所述可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，其特徵在於:所述信號預處理電路包括自適應放大電路、低通濾波電路、分幀電路和加窗電路，所述分幀電路設置幀移為10ms。
4.如權利要求1所述可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，其特徵在於:所述噪聲傳感器包括外殼體、芯軸、內罩、內蓋、電路板、陶瓷壓電片和底座構成,所述電路板裝有含有兩個固有頻率ωη不相同的壓電陶磁片的阻抗變換放大電路，所述內罩固定在所述外殼體上，所述底座通過芯軸與所述內罩固定連接，所述壓電陶瓷片安裝在芯軸上，所述內蓋固定在內罩上，所述電路板固定在所述內蓋上，所述阻抗變換放大電路外連所述信號預處理電路。
5.如權利要求1一4任一所述可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，其特徵在於:所述二次曲面結構弧面前端周向設置前伸的喇叭形導音板。
6.如權利要求1一4任一所述可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，其特徵在於:所述二次曲面結構下方設置支撐架，所述支撐架下部設置萬向輪，所述支撐架上設置升降構件。
7.如權利要求1一4任一所述可攜式變電站噪聲成像定位檢測裝置，其特徵在於:所述處理器連接報警裝置，所述報警裝置包括聲音和閃光報警器。
【文檔編號】G01S5/18GK203490359SQ201320377368
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】張富洲, 羅翔升, 羅道軍, 張治國, 趙紅, 毛新生, 向峰 申請人:國家電網公司, 河南省電力公司南陽供電公司