[发明专利]一种基于柔性阵列传感器的局放超声定位方法

摘要

一种基于柔性阵列传感器的局放超声定位方法，所述方法利用柔性阵列传感器在被检测电气设备的外表面采集超声波信号；然后通过欧拉变换将局部坐标系中的辐射方向转换为在全局坐标系中的辐射方向；再运用降维MUSIC算法，求得局放源方位角和俯仰角的估计值；进而根据该估计值及已知传感器的坐标，确定传感器与局放源的连线；最后求传感器在多个测量位置与局放源连线的交点，得到局放源的精确位置。本发明利用柔性阵列传感器采集被检测电气设备内的超声波信号，保证每个阵元都能与电气设备的表面良好贴合，很好地解决了任意形状电气设备局部放电源的精确检测问题，为设备内部故障严重程度的分析判断提供了有效途径。

主权项

1.一种基于柔性阵列传感器的局放超声定位方法，其特征是，所述方法利用柔性阵列传感器在被检测电气设备的外表面采集超声波信号；然后通过欧拉变换将局部坐标系中的辐射方向转换为在全局坐标系中的辐射方向；再运用降维MUSIC算法，求得局放源方位角和俯仰角的估计值；进而根据该估计值及已知传感器的坐标，确定传感器与局放源的连线；最后求传感器在多个测量位置与局放源连线的交点，得到局放源的精确位置；所述方法按以下步骤进行：a.利用柔性阵列传感器在被检测电气设备的外表面采集超声波信号：X(t)＝gikA(Θ)S(t)+N(t)式中，X(t)为阵列的M×1维快拍数据矢量，N(t)为阵列M×1维噪声数据矢量，S(t)为空间信号的N×1维矢量，A为空间的M×N维导向矢量，gik为局部坐标系中第i个阵元对第k个信号的极化方向图(或称增益)，i＝1….M，k＝1….N，其中M为阵元个数，N为局放源个数；b.将局部坐标系中第i个阵元对第k个信号的极化方向图所对应的阵元局部辐射方向即第i个阵元与第k个局放源之间的俯仰角和方位角转换为全局坐标系中第i个阵元对第k个信号的极化方向图所对应的阵元全局辐射方向(i)将阵元局部辐射方向由局部坐标系中的极坐标转换成直角坐标(x_ik′,y_ik′,z_ik′)；(ii)将(xik′,yik′,zik′)经过三次欧拉旋转转换成全局坐标系中的直角坐标(xik,yik,zik)；(iii)将(x_ik,y_ik,z_ik)转换成全局坐标系中的极坐标得到局部放电测向时的星谱图；c.对局部放电超声信号源进行测向：将阵列信号X(t)进行协方差矩阵计算：R＝X(t)X(t)H＝ESDSESH+EnDnEnH其中ES、En分别代表信号子空间和噪声子空间，DS、Dn分别为ES和En所对应的特征值对角矩阵，构造传统的二维MUSIC空间谱函数：式中：α_x(θ_ik,φ_ik)是x轴上的列矢量，且α_y(θ_ik,φ_ik)是y轴上的列矢量，且d为阵元间距；λ为波长；对f_2dmusic(θ,φ)的谱峰进行搜索，得到局放源k所对应的N个阵元的方位角和俯仰角中最优的一个，将其作为阵列传感器的方位角θ_k和俯仰角的估计值和d.根据和及已知传感器的坐标，确定传感器与局放源连线的方程；e.改变传感器的位置，重复上述测向过程两次，得到另外两条传感器与局放源连线的方程，则三条连线的交点即为局放源的位置；所述柔性阵列传感器(6)包括柔性基座(3)和多个阵元(1)，所述柔性基座(3)的两端通过磁铁(2)吸附在被检测电气设备(7)的外表面上，柔性基座(3)中部设有按正方形阵列排布的阵元通孔，每个阵元通孔中安装一个阵元(1)，每个阵元(1)的测量端贴在被检测电气设备(7)的外表面上，阵元(1)的信号输出端通过数据传输线(5)与数据采集装置(4)连接；在每个阵元中用于装配传感器芯片的安装孔内也设有环形间隙，这些间隙提供空间位置的微调。