声波成像仪的技术原理与应用研究

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在实际生活中,由于驾驶员违章驾驶引起车辆撞击电杆造成倒杆、断杆等事故,基建或市政施工对配电网造成破坏,鼠、猫、蛇等动物爬到配电变压器上造成相间短路等种种原因,都将造成配电网系统出现故障,而这些故障并非人眼可识,检修人员也需要借助技术手段才能确定故障点究竟在哪里,在实际检修过程中,声波成像仪是较为常见的检测工具,它能够较为准确的检测出故障点。基于此,本文将以RuiSen124 Camera手持式声波成像仪为研究对象,分析其技术原理以及实际应用案例,希望能够让更多读者认识到声波成像仪在生活中的应用价值。

1 声波成像的技术原理

1.1 技术原理 声波成像利用声学、电子学和信息处理等技术,声波可以透过很多不透光的物理,然后利用声波获取这些物体内部结构的声学特性信息,进而转换成肉眼可见的图像,这样就可以在不破坏物体的基础上得到物体内部结构。声波成像也分为很多类型,包括常规声成像、扫描声成像、B型声像、C型声像、F型声像、多勒普成像、超声断层成像、合成孔径成像、三维图像显示以及声全息。

RuiSen124 Camera手持式声波成像仪是一种新型集合三项功能于一体的PD局放定位检测、噪声源识别定位、气体泄漏定位检测和分析诊断系统,主要是利用124个高灵敏度数字麦克风阵列,采用遗传优化算法以及远场高分辨率波束形成技术将采集到的声音以彩色等高线图谱的方式呈现出来。其中基于麦克风阵列的声学成像技术的基本原理是通过麦克风接收到多个通道的声音信号,然后采用适当的信息号处理算法计算出生源的位置以及参数信息;麦克风阵列是由多个麦克风单元按照一定的空间几何规律进行排列构成,与其他噪声源识别方法相比,可视化噪声源识别技术结果更为直观,可以更容易定位、量化出噪声源,并显示出噪声的传播路径。

1.2 技术参数 以RuiSen124 Camera手持式声波成像仪为例,对其技术指标进行简单的介绍,如表1所示,是有关声波成像仪的声学规格、通信和存储、机械与环境、电源、用户界面以及产品特点的介绍。

表1

操作与存储的湿度 建议0-90(RH%)电源额定输入电压 12V.最大输入15V/2A外接电池LiFePO 12V 7Ah 84 Wh 985 g 90 x 145 x 65mm IP64使用7小时(取决于环境条件),充电时间4-6 h电池充电器 输入100-240 V～50/60 Hz 1.5 A最大输出功率13.8V 4.0A内置电池 6Wh,Li-Ion(仅供仪器内部数据备份)用户界面显示屏尺寸:5”英寸800x 480色彩:24bit RGB亮度:1000cd/m2(可调节)输入设备 电阻触屏通电指示器 红色LED视频分辨率 1640 x 1234 Video视频帧率 25fps声波成像帧率 30fps变焦 2x Digital zoom产品特点手持型 轻量型产品,配有一个可放置电池和辅助部件的便携包云端 上传存储的测量数据和分析数据环境 供室内、外工业使用

2 声波成像仪的实际应用

2.1 应用范围 声波成像仪的应用范围较为广泛,可以用在很多生产领域以及产品的故障检测上,比如车辆、家电的性能优化,机床、注塑机、发电机等设备异音异响的定位,声音位置或轨迹跟踪定位,语音增强、声源方位识别等领域,有了声波成像仪,将大大降低实际工作难度,提高工作质量和效率。

RuiSen124手持式声波成像仪可以广泛应用到电网公司的高压架空线路的带电巡检扫测及定位、变电站各种裸露高压设备的电晕放电、悬浮放电、表面放电以及瓷套内、外部等放电类型的检测及定位、以及各种气体管道泄漏检测及定位、设备异常振动查找等多场景、多功能一体。检修人员在户外工作时,可以通过非接触式的扫测查找出设备的潜在安全隐患,为配电网系统的维护与检修工作创造更大的便利性。

2.2 应用案例

案例1:某变电站运维人员巡视中发现高抗A相出线套管上方有明显的间歇性异响,异响持续时间 在几秒钟至半分钟不等,间隔时间在5至15分钟不等,检测人员对异响区域设备开展了专项带电检测,项目包括红外测温、紫外电晕检测、声成像定位和激光振动测试,均未发现明显异常。利用声波成像仪得到准确的分析结果,异响出现是无规则的,间歇的出现可能为机械上不连续的撞击而产生,而非电气上,如通流部分的电磁力产生的连续激振力;异响出现时,声音频率明显增大,最高达了10k Hz以上,这与金属之间的撞击频率吻合。为了验证检测结果的准确性,现场对更换下来的均压环进行解体,发现以下问题:均压环内部支撑条脱落、均压环内部存在积水;如果不是利用声波成像仪对异常区域进行全面检测,可能无法确定究竟是哪一模块出现问题,也就无法保证配电网系统稳定运行。

案例2:某500k V换流站运维人员巡视发现极2换流变网侧PLC电抗器区域有明显、持续的异响,检修人员用望远镜观察、红外测温、紫外检测等手段对PLC电抗器及周边设备进行了检测及对比,均未发现异常。而利用声波成像仪很快就确定了故障点,然后对极2换流变网侧PLC电抗器区域的停检查工作,在检查过程中发现极2换流变网侧PLC电抗 器L1B相与西侧支撑绝缘子连接处均压棒螺栓存在严重松动,并有滑丝现象,在更换螺栓,并对其他结构连接处进行检查和紧固后,设备复役,电抗器异响消失。

结语

本文围绕声波成像仪的技术原理和实际应用进行研究,并将RuiSen124 Camera手持式声波成像仪的具体技术参数展示出来,是希望能够让读者对此有一个更加清晰的认知,也希望能够借此推动声波成像仪在配电网维护系统中的广泛应用。