技术摘要：
本发明涉及一种用于识别GIS设备异响声源位置的装置，包含：环形传声器阵列支架，由多个位于同一曲面上、平行且等距间隔设置的半环形金属框架组成；多个声音采集传感器，分别固定安装在各个半环形金属框架上，个数相同且均匀间隔分布，每个声音采集传感器均朝向半环形金  全部
背景技术：
在GIS设备(Gas  Insulated  Switchgear，气体绝缘金属封闭开关设备)的各种故 障类型之中，机械故障是主要故障类型之一，约占总故障的39.3％。常见的机械故障主要涉 及断路器、隔离开关、螺栓等部件，及时有效的诊断出GIS设备的机械故障对于提高电力系 统运行的安全性和可靠性、降低电力系统的运营成本具有重要意义。 当GIS设备存在机械故障时，其声信号的频谱会发生变化，因此声信号可以作为 GIS设备重要的状态评价参量。但是，由于声信号通过空气传播，因此采集到的声信号极易 受到周围背景环境音的干扰；同时，由于GIS设备结构复杂，不同于其他一些敞开式的电力 设备，多采用筒状结构，内部充满SF6(六氟化硫)绝缘气体，气室管路结构复杂，声信号在传 输过程中发生多次反射、折射；因此常规的采用单点声音传感器的检测方法难以准确识别 出设备发出异响的位置。 为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于识别GIS设备异响声源位置的装置 及方法，基于声学成像技术从而有效识别并定位GIS设备因运行状态改变而产生异响声信 号的位置，提高检测精度。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种用于识别GIS设备异响声源位置的装置及方法，有效识 别并定位GIS设备因运行状态改变而产生异响声信号的位置，结构简单、容易操控、轻便易 携带，且测试方便、计算高效、检测结果准确。 为实现上述目的，本发明提供一种用于识别GIS设备异响声源位置的装置，包含： 环形传声器阵列支架，由多个位于同一曲面上、平行且等距间隔设置的半环形金属框架组 成；多个声音采集传感器，分别固定安装在各个半环形金属框架上，每个半环形金属框架上 安装的声音采集传感器的个数相同，且均匀间隔分布，每个声音采集传感器均朝向半环形 金属框架的圆心设置；框架连接部件，连接设置在相邻两个半环形金属框架之间，以形成环 形传声器阵列；信号处理系统，分别与各个声音采集传感器通信连接，对每个声音采集传感 器同步采集到的由异响声源发出的声音信号进行数据处理，通过声学成像计算判断异响声 源的位置。 可选的，所述每个半环形金属框架上位于同一水平位置的各个声音采集传感器相 互平行设置，且沿GIS设备的轴向排列设置。 可选的，所述的声音采集传感器采用麦克风传感器。 可选的，每个半环形金属框架上均设置有多个卡槽，每个卡槽上均设置有一个固 4 CN 111580050 A 说　明　书 2/6 页 定旋钮；将各个声音采集传感器通过固定旋钮可拆卸的对应安装在各个卡槽内，并通过旋 转固定旋钮调节声音采集传感器的安装松紧度。 可选的，所述的框架连接部件包含：多个固定块，分别固定设置在各个半环形金属 框架上，且每个固定块均位于每个半环形金属框架的外侧中心点位置；多个伸缩连接杆，分 别连接设置在相邻两个固定块之间，以连接相邻两个半环形金属框架，并通过调节伸缩连 接杆，使相邻两个半环形金属框架之间的间隔距离均相等。 可选的，所述的用于识别GIS设备异响声源位置的装置，还包含握杆，其一端通过 握杆连接件与环形传声器阵列支架连接，且该握杆可以握杆连接件为中心转动。 可选的，所述的握杆采用伸缩杆；所述的握杆的另一端设置具有螺旋形防滑纹的 握把。 可选的，所述的信号处理系统包含：模数转换器，接收每个声音采集传感器同步采 集到的由异响声源发出的声音信号，通过模数转换将电压值转换为声压值；数据处理器，与 模数转换器连接，接收模数转换后得到的声压值，通过相控阵延时求和波束形成方法进行 声学成像计算，得到声压分布云图；交互终端，与数据处理器连接，接收声压分布云图并将 其显示在预先建立好的GIS设备模型上，可直观看出异响所在的具体位置，以及异响的声压 级数值。 本发明还提供一种用于识别GIS设备异响声源位置的方法，采用上述的识别GIS设 备异响声源位置的装置实现，包含以下步骤： S1、根据GIS设备的结构形状，调整环形传声器阵列中连接伸缩杆以及握杆的长 度； S2、通过信号处理系统设置声音采集传感器的采样频率和采样时间； S3、由操作人员使用环形传声器阵列扫掠GIS设备，该环形传声器阵列上的所有声 音采集传感器同步采集由异响声源发出的声音信号，并传输至信号处理系统； S4、信号处理系统对接收到的全部声音信号进行延时、求和、波束形成的声学成像 计算，得到被测GIS设备表面的声压分布云图，该声压分布云图中的峰值即为异响的声压级 数值，该峰值所对应的空间位置即为发出异响的位置。 所述的S4中，采用三维声源识别定位方法进行声学成像计算，将被测区域进行网 格划分，将每一个网格点作为重构点；选取其中一个声音采集传感器的位置作为参考点，具 体为： 其中，B为波束形成计算后的异响声源的声压级大小；ω为异响声源的简谐振动的 圆频率；(xf ,yf ,zf)为异响声源的坐标；(x0,y0,z0)为参考点的坐标；M为声音采集传感器的 个数；Pl(ω)为参考点的声音采集传感器接收到的声压级值；wm为第m号声音采集传感器的 加权系数；r0为异响声源到参考点的距离；rm为异响声源到第m号声音采集传感器的距离； Δm为重构点到第m号声音采集传感器相对于重构点到参考点的时延；τm为声源到第m号声音 采集传感器相对于声源到参考点的时延；j表示复数。 5 CN 111580050 A 说　明　书 3/6 页 综上所述，本发明所提供的用于识别GIS设备异响声源位置的装置及方法，采用环 形阵列结构，并且可自由伸缩，能够更好的匹配GIS设备的外形结构，使得检测时的有效测 试面极大增加，测试更加高效、准确；同时采用采用多点式的阵列采集方式，一定程度上解 决了传统的单点式采集方式中信号采集不全面、容易受到干扰的问题，同步采集到的声音 信号通过延时求和波束形成原理来计算得到GIS设备表面的声场分布，可直观识别出异响 声源的位置。本发明结构简单、容易操控、轻便易携带；且具有测试方便、计算高效、结果准 确的优点。 附图说明 图1为本发明中的用于识别GIS设备异响声源位置的装置的示意图； 图2为本发明中的信号处理系统的数据处理流程图； 图3为本发明中的三维声源识别定位方法的原理图。