一种导线断股损伤定位装置及方法

本发明涉及断股损伤定位，特别是涉及一种导线断股损伤定位装置及方法。

背景技术：

1、常见导线如高压输电线、桥梁缆绳、游乐场绳索等须监测其健康状态，保证运营安全。比如高压输电线，作为电力系统的重要组成部分，其安全性和可靠性直接关系到整个电网的稳定运行。然而，由于自然环境、材料老化、外力破坏等多种因素的影响，高压输电线时常会发生断股现象。断股不仅可能导致输电能力的下降，还可能引发更严重的事故，如线路跳闸、短路等，对电力系统的安全构成严重威胁。因此，如何准确、快速地检测定位高压输电线的断股位置，成为当前电力系统研究的重要课题。

2、过去很长一段时间内由于受到相关技术的限制，对于输电线路导线断股事故的判断只能依靠野外巡检人员肉眼观察，一方面导线断股属于“隐形事故”，很难通过肉眼观察并做出正确判断，同时导线架设高度和人员主观性等因素直接影响到判断结果的准确性，另一方面，对于处在偏远地带或山区的输电线路，受极端天气和地形条件影响，线路巡检人员有时很难到达这些地区，造成巡检周期过长，导致导线断股现象往往不能被及时发现，因此人工巡检导线断股虽然不需要特殊设备，但是效率低下，不能满足电网智能化的需求。目前的其它检测方法如直升飞机巡线技术检测精度难以保证，成本较高，巡检机器人价格昂贵，持续工作时间短，线路上安装麻烦，无人机搭载x光探测设备成本较高，且受无人机电池容量制约。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种导线断股损伤定位装置及方法，以实现准确定位导线断股损伤位置。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种导线断股损伤定位装置，所述装置包括：

3、激励信号生成模块，用于生成激励信号；

4、激励声发射传感器，与所述激励信号生成模块连接，用于根据所述激励信号发射超声波；

5、接收声发射传感器，与所述激励声发射传感器对应设置，用于接收待处理信号；所述待处理信号包括所述激励声发射传感器发射的超声波和遇缺陷后反射回来的超声波；

6、信号处理电路，与所述接收声发射传感器连接，用于对接收的所述待处理信号进行处理，获得已处理信号；

7、数据采集模块，与所述信号处理电路连接，用于采集所述信号处理电路发送的已处理信号；

8、小波时频分析模块，与所述数据采集模块连接，用于采用小波时频分析方法，根据所述已处理信号计算得到导线断股损伤位置。

9、可选地，所述装置还包括：

10、主处理器，分别与所述数据采集模块和所述激励声发射传感器连接，用于同步控制所述数据采集模块采集所述已处理信号和所述激励声发射传感器发射超声波；所述主处理器还用于根据布设要求计算所述激励声发射传感器与所述接收声发射传感器之间布置的间距范围。

11、可选地，所述根据布设要求计算所述激励声发射传感器与所述接收声发射传感器之间布置的间距范围的具体计算公式为：

12、

13、其中，l为激励声发射传感器与接收声发射传感器之间布置的间距范围，cs为零模式横波群速度，ca为零模式纵波群速度，n为激励信号的波峰数，f0为激励信号的中心频率。

14、可选地，所述信号处理电路包括：

15、信号放大器，与所述接收声发射传感器连接，用于对接收的所述待处理信号进行放大处理；

16、滤波器，分别与所述信号放大器和所述数据采集模块连接，用于对放大后的所述待处理信号进行滤波处理得到所述已处理信号，以使后续所述数据采集模块采集所述已处理信号。

17、可选地，所述激励信号生成模块生成的激励信号为调制正弦波，具体公式为：

18、y＝a*sin(w*t)*(1-cos(w*t/5))+2,w＝2πf；

19、其中，w为角频率，a为正弦波信号幅值，y为调制正弦波，t为信号时间长度，f为信号频率。

20、可选地，所述采用小波时频分析方法，根据所述已处理信号计算得到导线断股损伤位置，具体包括：

21、采用小波时频分析方法，根据所述已处理信号得到时频分布图；

22、根据所述时频分布图里面能量最大值点的时间计算所述激励声发射传感器激发的超声波直接被所述接收声发射传感器接收的时间t，以及所述接收声发射传感器接收的遇缺陷后反射回来的超声波和健康信号之间的时间延迟δt；所述健康信号为所述激励声发射传感器激发的超声波直接被所述接收声发射传感器接收的超声波；

23、根据时间t和时间延迟δt定位导线断股损伤位置。

24、可选地，所述根据时间t和时间延迟δt定位导线断股损伤位置，具体计算公式为：

25、

26、其中，l1表示接收声发射传感器与激励声发射传感器之间的距离，x表示导线断股损伤位置与激励声发射传感器之间的距离。

27、本发明还提供一种导线断股损伤定位方法，所述方法包括：

28、根据布设要求计算激励声发射传感器与接收声发射传感器之间布置的间距范围；

29、根据所述间距范围设置所述激励声发射传感器与所述接收声发射传感器的位置；

30、利用所述接收声发射传感器接收待处理信号；所述待处理信号包括所述激励声发射传感器发射的超声波和遇缺陷后反射回来的超声波；

31、对接收的所述待处理信号进行处理，获得已处理信号；

32、采用小波时频分析方法，根据所述已处理信号计算得到导线断股损伤位置。

33、可选地，所述根据布设要求计算激励声发射传感器与接收声发射传感器之间布置的间距范围的具体计算公式为：

34、

35、其中，l为激励声发射传感器与接收声发射传感器之间布置的间距范围，cs为零模式横波群速度，ca为零模式纵波群速度，n为激励信号的波峰数，f0为激励信号的中心频率。

36、可选地，所述采用小波时频分析方法，根据所述已处理信号计算得到导线断股损伤位置，具体包括：

37、采用小波时频分析方法，根据所述已处理信号得到时频分布图；

38、根据所述时频分布图里面能量最大值点的时间计算所述激励声发射传感器激发的超声波直接被所述接收声发射传感器接收的时间t，以及所述接收声发射传感器接收的遇缺陷后反射回来的超声波和健康信号之间的时间延迟δt；所述健康信号为所述激励声发射传感器激发的超声波直接被所述接收声发射传感器接收的超声波；

39、根据时间t和时间延迟δt定位导线断股损伤位置。

40、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

41、本发明公开一种导线损伤定位装置及方法，首先根据布设要求计算激励声发射传感器与接收声发射传感器之间布置的间距范围；其次根据间距范围设置激励声发射传感器与接收声发射传感器的位置；然后利用接收声发射传感器接收待处理信号并对接收的待处理信号进行处理；最后采用小波时频分析方法，根据所述已处理信号计算得到导线断股损伤位置。本发明公开的方案将声学检测与小波时频分析方法相互结合，能够在最短时间内实现准确定位导线断股损伤位置。