[发明专利]一种可用于特高压输电线路邻近区域声强检测的球形传感装置及实现方法

权利要求书

1.一种可用于特高压输电线路邻近区域声强检测的球形传感装置，包括球形固定结构、14路声压传感器、高速数据采集模块、信号处理单元、无线传输单元1和供电单元；其特征在于：

所述球形固定结构安装于分裂导线邻近区域，用于固定14路声压传感器、高速数据采集模块、信号处理单元、无线传输单元1和供电单元，具有电磁屏蔽、均压和绝缘效果；

所述14路声压传感器布置在球形固定结构的表面：在球形固定结构的球心处建立空间直角坐标系，3条坐标轴与球面产生6个交点，并将球面分成8个对称的球缺区域，再取每个球缺的中心点，得到球面上14个点位，分布于7个不同方向；将14个特性相同的声压传感器布置于14个点位组成声压传感器阵列，可测量7个不同方向的14路声压信号；

所述高速数据采集模块将传感器阵列输出的模拟信号经处理后采样转化为数字信号；所述信号处理单元使用FPGA将14路声压信号解算为7个不同方向的声强值，根据各方向之间的映射关系建立超定线性方程组，求其最优解可得到待测点的三维声强矢量；

所述超定线性方程组描述为

式中，I_x、I_y、I_z是待测点的三维声强矢量在空间直角坐标系下的分量；I_EF、I_AB、I_CD、I_MR、I_LQ、I_PH、I_NG是7个不同方向的声强值；

所述最优解使超定线性方程组的误差最小，将超定线性方程组描述为矩阵形式其中有

根据矩阵理论，最优解等于系数矩阵Q的伪逆乘以向量求得最优解为；

所述无线传输单元1将测量结果传输到远处安全端的无线传输单元2，然后上传至上位机；所述供电单元使用电池通过电压转换和稳压电路为高速数据采集模块、信号处理单元和无线传输单元1供电。

2.根据权利要求1所述的一种可用于特高压输电线路邻近区域声强检测的球形传感装置，其特征在于：

所述球形固定结构用于声强检测装置的安装固定，球体半径要考虑输电线路邻近空间的大小以及内部14路声压传感器、高速数据采集模块、信号处理单元、无线传输单元1和供电单元的体积；同时将球面打磨光滑，表面以金属网覆盖，保证该球形固定结构具有良好的电磁屏蔽和均压特性，在强电场环境中不发生电晕放电，不影响声强测量。

3.根据权利要求1所述的一种可用于特高压输电线路邻近区域声强检测的球形传感装置，其特征在于：

所述声压传感器采用驻极体电容式传声器，无须外加200V极化电压，可简化供电单元的设计。

4.根据权利要求1所述的一种可用于特高压输电线路邻近区域声强检测的球形传感装置，其特征在于：

所述高速数据采集模块，包括调理电路和AD采样单元；调理电路通过前置放大器，将声压传感器采集到的微弱的高阻抗电压变换为低阻抗输出电压，同时将电压放大到标准的双极性10V范围；AD采样单元使用14个通道并行采集标准的电压信号。

5.根据权利要求1所述的一种可用于特高压输电线路邻近区域声强检测的球形传感装置，其特征在于：

所述无线传输单元1使用ZigBee传输技术，提供不小于100m的传输距离，可将检测的三维声强矢量发送至远处安全端的无线传输单元2，然后上传至上位机。