聲波成像儀的技術原理與應用研究

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在實際生活中,由于駕駛員違章駕駛引起車輛撞擊電桿造成倒桿、斷桿等事故,基建或市政施工對配電網造成破壞,鼠、貓、蛇等動物爬到配電變壓器上造成相間短路等種種原因,都將造成配電網系統出現故障,而這些故障并非人眼可識,檢修人員也需要借助技術手段才能確定故障點究竟在哪里,在實際檢修過程中,聲波成像儀是較為常見的檢測工具,它能夠較為準確的檢測出故障點。基于此,本文將以RuiSen124 Camera手持式聲波成像儀為研究對象,分析其技術原理以及實際應用案例,希望能夠讓更多讀者認識到聲波成像儀在生活中的應用價值。

1 聲波成像的技術原理

1.1 技術原理 聲波成像利用聲學、電子學和信息處理等技術,聲波可以透過很多不透光的物理,然后利用聲波獲取這些物體內部結構的聲學特性信息,進而轉換成肉眼可見的圖像,這樣就可以在不破壞物體的基礎上得到物體內部結構。聲波成像也分為很多類型,包括常規聲成像、掃描聲成像、B型聲像、C型聲像、F型聲像、多勒普成像、超聲斷層成像、合成孔徑成像、三維圖像顯示以及聲全息。

RuiSen124 Camera手持式聲波成像儀是一種新型集合三項功能于一體的PD局放定位檢測、噪聲源識別定位、氣體泄漏定位檢測和分析診斷系統,主要是利用124個高靈敏度數字麥克風陣列,采用遺傳優化算法以及遠場高分辨率波束形成技術將采集到的聲音以彩色等高線圖譜的方式呈現出來。其中基于麥克風陣列的聲學成像技術的基本原理是通過麥克風接收到多個通道的聲音信號,然后采用適當的信息號處理算法計算出生源的位置以及參數信息;麥克風陣列是由多個麥克風單元按照一定的空間幾何規律進行排列構成,與其他噪聲源識別方法相比,可視化噪聲源識別技術結果更為直觀,可以更容易定位、量化出噪聲源,并顯示出噪聲的傳播路徑。

1.2 技術參數 以RuiSen124 Camera手持式聲波成像儀為例,對其技術指標進行簡單的介紹,如表1所示,是有關聲波成像儀的聲學規格、通信和存儲、機械與環境、電源、用戶界面以及產品特點的介紹。

表1

操作與存儲的濕度 建議0-90(RH%)電源額定輸入電壓 12V.最大輸入15V/2A外接電池LiFePO 12V 7Ah 84 Wh 985 g 90 x 145 x 65mm IP64使用7小時(取決于環境條件),充電時間4-6 h電池充電器 輸入100-240 V～50/60 Hz 1.5 A最大輸出功率13.8V 4.0A內置電池 6Wh,Li-Ion(僅供儀器內部數據備份)用戶界面顯示屏尺寸:5”英寸800x 480色彩:24bit RGB亮度:1000cd/m2(可調節)輸入設備 電阻觸屏通電指示器 紅色LED視頻分辨率 1640 x 1234 Video視頻幀率 25fps聲波成像幀率 30fps變焦 2x Digital zoom產品特點手持型 輕量型產品,配有一個可放置電池和輔助部件的便攜包云端 上傳存儲的測量數據和分析數據環境 供室內、外工業使用

2 聲波成像儀的實際應用

2.1 應用范圍 聲波成像儀的應用范圍較為廣泛,可以用在很多生產領域以及產品的故障檢測上,比如車輛、家電的性能優化,機床、注塑機、發電機等設備異音異響的定位,聲音位置或軌跡跟蹤定位,語音增強、聲源方位識別等領域,有了聲波成像儀,將大大降低實際工作難度,提高工作質量和效率。

RuiSen124手持式聲波成像儀可以廣泛應用到電網公司的高壓架空線路的帶電巡檢掃測及定位、變電站各種裸露高壓設備的電暈放電、懸浮放電、表面放電以及瓷套內、外部等放電類型的檢測及定位、以及各種氣體管道泄漏檢測及定位、設備異常振動查找等多場景、多功能一體。檢修人員在戶外工作時,可以通過非接觸式的掃測查找出設備的潛在安全隱患,為配電網系統的維護與檢修工作創造更大的便利性。

2.2 應用案例

案例1:某變電站運維人員巡視中發現高抗A相出線套管上方有明顯的間歇性異響,異響持續時間 在幾秒鐘至半分鐘不等,間隔時間在5至15分鐘不等,檢測人員對異響區域設備開展了專項帶電檢測,項目包括紅外測溫、紫外電暈檢測、聲成像定位和激光振動測試,均未發現明顯異常。利用聲波成像儀得到準確的分析結果,異響出現是無規則的,間歇的出現可能為機械上不連續的撞擊而產生,而非電氣上,如通流部分的電磁力產生的連續激振力;異響出現時,聲音頻率明顯增大,最高達了10k Hz以上,這與金屬之間的撞擊頻率吻合。為了驗證檢測結果的準確性,現場對更換下來的均壓環進行解體,發現以下問題:均壓環內部支撐條脫落、均壓環內部存在積水;如果不是利用聲波成像儀對異常區域進行全面檢測,可能無法確定究竟是哪一模塊出現問題,也就無法保證配電網系統穩定運行。

案例2:某500k V換流站運維人員巡視發現極2換流變網側PLC電抗器區域有明顯、持續的異響,檢修人員用望遠鏡觀察、紅外測溫、紫外檢測等手段對PLC電抗器及周邊設備進行了檢測及對比,均未發現異常。而利用聲波成像儀很快就確定了故障點,然后對極2換流變網側PLC電抗器區域的停檢查工作,在檢查過程中發現極2換流變網側PLC電抗 器L1B相與西側支撐絕緣子連接處均壓棒螺栓存在嚴重松動,并有滑絲現象,在更換螺栓,并對其他結構連接處進行檢查和緊固后,設備復役,電抗器異響消失。

結語

本文圍繞聲波成像儀的技術原理和實際應用進行研究,并將RuiSen124 Camera手持式聲波成像儀的具體技術參數展示出來,是希望能夠讓讀者對此有一個更加清晰的認知,也希望能夠借此推動聲波成像儀在配電網維護系統中的廣泛應用。