[發(fā)明專利]基于窄帶超聲波束形成的變壓器微型機(jī)器魚定位成像方法

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• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112130115A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉力卿;王偉;張弛;王楠;魏菊芳;馮軍基;馬昊;姚創(chuàng);段明輝;季洪鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院;國網(wǎng)天津市電力公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22;G01S5/18
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王來佳

本發(fā)明涉及一種基于窄帶超聲波束形成的變壓器微型機(jī)器魚定位成像方法，包括以下步驟：步驟1：構(gòu)建變壓器微型機(jī)器魚定位系統(tǒng)；步驟2：將微型機(jī)器魚的三維定位模型轉(zhuǎn)變成二維定位模型；步驟3：采用窄帶超聲波束形成方法獲得微型機(jī)器魚在二維定位模型上的位置圖像。本發(fā)明通過微型機(jī)器魚內(nèi)置的超聲探頭發(fā)送窄帶超聲信號，通過外置的超聲陣列接收超聲信號并進(jìn)行信號處理，最后采用波束形成算法獲得微型機(jī)器魚的位置圖像，實現(xiàn)微型機(jī)器魚的定位，該定位方法具有發(fā)射的超聲信號便于調(diào)制、接收的超聲陣列布局靈活、定位結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于變壓器檢測領(lǐng)域，涉及微型機(jī)器魚定位方法，尤其是一種基于窄帶超聲波束形成的變壓器微型機(jī)器魚定位成像方法。

背景技術(shù)

變壓器承擔(dān)著電能傳輸與轉(zhuǎn)換的任務(wù)，是電網(wǎng)的核心設(shè)備，其安全運行對電網(wǎng)具有至關(guān)重要的作用。但是由于運行環(huán)境和工況復(fù)雜，并且易受不良工況沖擊，變壓器一旦發(fā)生故障可能會引起大面積停電，甚至是火災(zāi)、爆炸等事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，實現(xiàn)變壓器的檢測和監(jiān)測、建立變壓器運行狀況的健康管理和故障預(yù)警，對于保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要的理論意義和工程價值。

隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，采用微型機(jī)器魚進(jìn)入油浸式變壓器的內(nèi)部進(jìn)行巡檢，能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器故障更直觀、更快速的分析、定位以及故障的早期預(yù)警。微型機(jī)器魚在變壓器內(nèi)部巡檢的過程中，需要首先知道自身在變壓器油中的位置信息，然后才能根據(jù)控制指令完成路徑規(guī)劃和各種巡檢任務(wù)，因此，微型機(jī)器魚在變壓器油中的定位是其完成巡檢任務(wù)的首要和關(guān)鍵問題。

目前，國內(nèi)外機(jī)器人的定位方法主要依靠雷達(dá)、GPS、聲學(xué)和機(jī)器視覺等技術(shù)，但是考慮到變壓器內(nèi)部的特殊環(huán)境，例如：變壓器內(nèi)部電磁干擾較強(qiáng)、變壓器油對雷達(dá)波衰減嚴(yán)重，并且變壓器油內(nèi)無光照能見度低等問題，目前還缺乏準(zhǔn)確有效的定位方法。因此，研究適用于變壓器內(nèi)部特殊應(yīng)用環(huán)境的巡檢微型機(jī)器魚定位方法具有重要的意義。

CN110849357A公開了一種油浸式變壓器微型機(jī)器魚姿態(tài)定位方法，該方法利用聲-電定位傳感器來檢測變壓器微型機(jī)器魚定期發(fā)出的超聲信號和電磁波信號；根據(jù)測得的超聲信號和電磁波信號計算出變壓器微型機(jī)器魚的精確位姿，使用該精確位姿對變壓器微型機(jī)器魚慣性導(dǎo)航的位姿進(jìn)行修正，最終得到變壓器微型機(jī)器魚當(dāng)前的位姿。該方法的問題在于變壓器內(nèi)部電磁干擾較強(qiáng)、變壓器油對雷達(dá)波衰減嚴(yán)重，利用電磁波定位很容易受到影響，定位結(jié)果不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于窄帶超聲波束形成的變壓器微型機(jī)器魚定位成像方法，解決變壓器內(nèi)部微型機(jī)器魚定位不準(zhǔn)確的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種基于窄帶超聲波束形成的變壓器微型機(jī)器魚定位成像方法，包括以下步驟：

步驟1、構(gòu)建變壓器微型機(jī)器魚定位系統(tǒng)；

步驟2、將微型機(jī)器魚的三維定位模型轉(zhuǎn)變成二維定位模型；

步驟3、采用窄帶超聲波束形成方法獲得微型機(jī)器魚在二維定位模型上的位置圖像。

而且，所述變壓器微型機(jī)器魚定位系統(tǒng)包括微型機(jī)器魚內(nèi)置傳感系統(tǒng)和微型機(jī)器魚外置傳感系統(tǒng)，所述內(nèi)置傳感系統(tǒng)放置在微型機(jī)器魚體上，包括深度檢測傳感器和超聲發(fā)射探頭；外置傳感系統(tǒng)放置在變壓器油中，包括超聲接收傳感陣列和信號處理單元。

而且，所述步驟2采用計算微型機(jī)器魚的深度信息來實現(xiàn)三維定位模型與二維定位模型的轉(zhuǎn)變，其深度信息的計算方法為：

通過微型機(jī)器魚定位系統(tǒng)中深度檢測傳感器采集壓強(qiáng)信息，利用以下公式實現(xiàn)壓強(qiáng)和深度的換算，獲得微型機(jī)器魚的深度信息；

公式中，h為微型機(jī)器魚的深度，P為壓強(qiáng)，ρ為變壓器油的密度，g為重力加速度。