[發明專利]用于特高壓線路分裂導線內側的立方體形聲強測量裝置與實現方法

有效

• 申請號: 202110792614.8
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113532626B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 袁海文;趙鵬輝;呂建勛;劉穎異;李鑫
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種用于測量特高壓線路分裂導線內側聲強的裝置。該裝置采用立方體結構，通過合理的均壓、屏蔽設計，可使之適用于特高壓電磁環境。該裝置可以并行采集特高壓線路可聽噪聲源處的聲壓，使用光纖將原始數據快速傳輸至遠端上位機，然后通過本發明提出的聲強算法得到聲源聲強。本發明將聲壓傳感器陣列布置于立方體結構的特定位置，通過有規則的成對匹配，基于匹配信號獲取特定方向的聲強，進一步通過信息余度設計，可靠、快速地實現了相應位置聲強的有效測量。

技術領域

本發明屬于檢測技術與自動化裝置領域，具體涉及一種立方體形聲強測量裝置與實現方法，包含該裝置的結構和參數設計、傳感器陣列的排布方式和相應的聲強算法，特別適用于特高壓環境下可聽噪聲源處聲強矢量的安全可靠測量。

背景技術

特高壓輸電系統中，隨著電壓等級的提高，輸電線表面電場強度增大，當場強達到臨界點之后便會擊穿空氣，發生電暈放電。電暈放電不僅造成電能資源損耗，而且會伴隨產生多種電暈效應，包括可聽噪聲、無線電干擾、地面電場和離子流等現象。可聽噪聲作為一種環境噪聲干擾，會嚴重影響當地居民的身心健康，是特高壓輸電線路建設中最需要考慮的因素之一。

為了優化特高壓輸電線路設計，降低周圍可聽噪聲水平，營造良好的聲環境，須分析噪聲的時域頻域特征及其變化規律，而噪聲的采集和測量是研究的重要環節和關鍵步驟。傳統的研究中噪聲采集的是聲壓或聲功率等標量，只能反映噪聲強弱或聲能量，不能確切反映噪聲源位置、傳播形式和傳播方向，對聲場的表現力不足。聲強作為一個矢量，可以更好地反映噪聲源的能量、流動和傳播狀態。

由于噪聲源處于極高電位的輸電導線附近，其產生的可聽噪聲傳播到地面時發生擴散和衰減，同時伴隨著大地和建筑等物體的反射，可聽噪聲已發生了一定程度的變化。此外，地面的環境噪聲與可聽噪聲在頻段上有較大重合，遠離聲源的地面測量通常難以濾除背景噪聲。現有研究表明，測量點距離可聽噪聲聲源越近，獲得的噪聲測量結果在準確性、完整性和抑制背景噪聲能力方面的優越性越顯著。

然而，現有的技術手段中缺乏適用于特高壓環境下分裂導線處聲源聲強測量的裝置和方法。因為高電位、強電場等復雜電磁環境，測量裝置的設計如形狀選擇、布局方式、尺寸計算、系統設計等必須考慮多方面因素。

發明內容

針對以上問題，本發明設計了一種用于特高壓線路分裂導線內側的立方體形聲強測量裝置，提出了基于該裝置的聲強算法，解決了特高壓復雜電磁場環境下聲源處聲強矢量的安全和準確測量。

本發明具體采用以下技術方案。

一種用于特高壓線路分裂導線處的立方體形聲強測量裝置與實現方法。測量系統包括立方形固定結構、聲壓傳感器陣列、信號變送模塊、信號調理模塊、數字采集模塊、電光調制模塊、供電模塊、光纖絕緣子、光電解調模塊和上位機；對應的聲強算法是根據立方形結構上傳感器的排列規則及匹配方式，獲得特定的不同直線方向的聲強值，然后根據聲強矢量換算方法得到該傳感器陣列處的聲強矢量。其特征在于：

所述的立方形固定結構安裝于分裂導線內側位置，用于特高壓電位處聲強測量裝置的固定安裝。為避免對聲強測量的影響，將該結構設計為立方形框架，表面以金屬網覆蓋，其尺寸受限于分裂導線中間的多邊形空間和可容納模塊的總體積。為了適應特高壓線路的強電磁環境，立方體的8個頂點和12條棱邊加工成與兩相鄰側面相切的圓角，圓角的半徑應滿足聲強矢量的測量要求，做到結構表面不起暈，各測量模塊可穩定工作不擊穿。

所述的聲壓傳感器陣列用于測量聲源在不同位置的聲壓信號。傳感器選用精度高、準確性好且使用方便的駐極體電容式聲壓傳感器。借助立方形結構的特點，選取立方形結構的兩個正交系：立方體3對平行面的中心連線和4條兩兩正交的體對角線。將14個特性相同的聲壓傳感器每兩個一組分為7組，沿上述正交系的7條直線方向分別布置于面心和頂點。每個方向的兩個聲壓傳感器振膜指向外側并互相平行，以測量聲波的振動。