Page 108 - 无损检测2022年第十期

彭 鹏,等:
基于声震一体的变电站监测装置设计

震动传感器采用压电式微机电系统 ( MEMS )
1 装置设计
设计, 具有频率范围宽、 动态范围大、 精度高等特点,
1.1 总体设计 和声阵列传感器协同处理, 可实现对设备异常信号
研制的声震一体化监测装置总体结构如图 1 所 的监测。
示。其中, 声阵列传感器位于设备顶部, 方 向均向 信息处理模块包括主控制器、 存储器和调理电
上, 顶部箭头所指为参考方位角; 震动传感器则位于 路, 用于运行声音定向算法、 声震融合算法、 故障分
设备底部, 和检测的电力设备刚性连接, 具有宽动态 类算法和传输协议, 实现设备故障类型判断和预测
和低噪声的特点; 信号处理板和电源接口板固定在 的前端处理。传感器信号处理流程如图 3 所示。
设备中间, 对外和固定在设备一侧的防水接头相连,
该接头用来供电和传输数字信号。

图 3 传感器信号处理流程
电源管理电路用于给信息处理模块和声震传感
图 1 声震一体化监测装置总体结构示意 器提供高稳定度低纹波的直流电源, 并输出多种通
该装置在进行固定连接或者埋于地下等环境布 信接口。
设后, 声阵列传感器能够实时采集设备的声音信号, 传感器节点硬件实物如图 4 所示。
判断故障位置并分析设备状态; 震动传感器能够实
时采集周围环境和设备的震动波形, 经过融合处理,
形成环境与设备的声震节点信息, 提升无人值守变
电站环境和设备状态监测水平。
1.2 硬件设计
该声 震 一 体 化 监 测 装 置 由 声 阵 列 传 感 器、 震
动传感器、 信息处理模块、 接口电路和电源管理电
路等组成, 其结构框图如图 2 所示, 图中 MIC 为麦
克风, SPI为串 行 外 设 接 口, UART 为 通 用 异 步 接
图 4 传感器节点硬件实物
收器 / 发送器。

声音和震动传感器成本相对较低,可实现多点
布设, 且可采用深埋、 胶黏等多种连接方式, 易于集
成, 因此研制的声震一体化监测装置, 可在全站范围
内布设该装置, 并和传感器节点组网, 形成覆盖全站
的传感器网络 [ 6 ] , 可连续采集设备与外界信息,对

周围状态进行探测、 识别和定位, 全天候监测变电站
安全。
图 2 声震一体化监测装置硬件结构框图 1.3 算法和软件设计

声阵列传感器包括四个圆形分布方向一致的拾 传感网络中声震节点的信息处理包括目标声
音器, 其功能分为长期监测和分类定向两种, 其中长 音和震动信号的处理、 分类、 跟踪、 定位, 其很大程
期监测单元处于长期在线工作状态, 而分类定向单 度上受到 外 界 环 境 的 影 响, 同 时 每 个 传 感 器 的 节
元平时处于关闭状态, 当有异常声信号出现时才转 点能量有 限、 可 靠 性 差、 无 线 模 块 通 信 距 离 有 限,

入工作态, 以实现低功耗运行。 并且比其他操 作的功 耗 更 大 [ 6 ] ,这 就 要 求 单 节 点
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2022 年 第 44 卷 第 10 期

无损检测