一種變電站主噪聲設(shè)備隔聲罩隔聲量測試方法及系統(tǒng)與流程

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)設(shè)備噪聲測試技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種變電站主噪聲設(shè)備隔聲罩隔聲量測試方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，針對變電站中主噪聲設(shè)備的隔聲罩(box-in)隔聲量的測試評估，主要在出廠前采用聲強(qiáng)法或者聲壓法測試隔聲罩的聲傳遞損失，即內(nèi)部聲源經(jīng)過隔聲罩后，聲能量的衰減量，評價指標(biāo)為入射聲功率級L_Wi和出口處的透射聲功率級L_Wt之差，可用TL表示為：

TL(dB)＝10lg W_i/W_p＝L_Wi-L_Wt；

也可以采用聲壓級差來評估隔聲量，即隔聲罩內(nèi)的聲壓級L_p1減去隔聲罩外部的聲壓級L_p2，可用LD表示為：

LD＝L_p1-L_p2＝20lg P₁/P₂，

但兩種方法存在一定的缺陷，導(dǎo)致測試精度不高。傳統(tǒng)的聲強(qiáng)法測試隔聲罩的傳遞損失，采用聲強(qiáng)儀掃描設(shè)備的表面，受到的影響因素較多，比如測試人員的掃描速度、掃描表面積、掃描角度等均會影響測試精度；傳統(tǒng)的聲壓法在測試聲壓時受環(huán)境的影響因素較大，特別是背景噪聲的影響，因為特高壓變電站內(nèi)聲源較多，位置分散，且大部分屬于工頻電壓和電流激發(fā)的可聽噪聲，頻率成分相關(guān)性強(qiáng)。在測試現(xiàn)場，難以區(qū)分距離較近的相干聲源單獨(dú)激發(fā)的聲功率貢獻(xiàn)量，聲學(xué)環(huán)境極其復(fù)雜，難以準(zhǔn)確測量單個噪聲源設(shè)備隔聲罩的內(nèi)外聲壓，因此會降低測試精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種變電站主噪聲設(shè)備隔聲罩隔聲量測試方法，所述方法包括：

在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備的表面和隔聲罩外部表面分別設(shè)置至少一個測點(diǎn)，并在每個測點(diǎn)位置布置振動加速度傳感器；

利用所述振動加速度傳感器分別采集所述主噪聲設(shè)備表面的第一振動加速度信號和隔聲罩外部表面的第二振動加速度信號，并將所述第一振動加速度信號和第二振動加速度信號分別轉(zhuǎn)化為第一電荷信號和第二電荷信號；

利用數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)基于格林函數(shù)法重構(gòu)隔聲罩內(nèi)部和外部的聲場；以及

通過計算隔聲罩內(nèi)部和外部的平均聲功率級得到隔聲量。

優(yōu)選地，其中所述在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備的表面的振動加速度傳感器和隔聲罩外部表面的振動加速度傳感器在同一水平面上，并且同步進(jìn)行測量。

優(yōu)選地，其中所述第一振動加速度信號包括：主噪聲設(shè)備表面的各個測點(diǎn)處的振動加速度信號。

優(yōu)選地，其中所述第二振動加速度信號包括：隔聲罩外部的各個測點(diǎn)處的振動加速度信號。

優(yōu)選地，其中在計算平均聲功率級中設(shè)定輻射因數(shù)閾值。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種變電站主噪聲設(shè)備隔聲罩隔聲量測試系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

振動加速度傳感器布置單元，在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備的表面和隔聲罩外部表面分別設(shè)置至少一個測點(diǎn)，并在每個測點(diǎn)位置布置振動加速度傳感器；

振動加速度信號采集單元，分別采集所述主噪聲設(shè)備表面的第一振動加速度信號和隔聲罩外部表面的第二振動加速度信號，并將所述第一振動加速度信號和第二振動加速度信號分別轉(zhuǎn)化為第一電荷信號和第二電荷信號；

聲場重構(gòu)單元，利用數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)基于格林函數(shù)法重構(gòu)隔聲罩內(nèi)部和外部的聲場；

隔聲量計算單元，通過計算隔聲罩內(nèi)部和外部的平均聲功率級得到隔聲量。

優(yōu)選地，其中所述振動加速度傳感器包括：加速度計、電纜和前置放大器，

所述加速度計用于采集高阻抗振動信號；

所述電纜用于將所述高阻抗振動信號傳輸?shù)剿銮爸梅糯笃鳎?/p>

所述前置放大器用于將采集的高阻抗振動信號轉(zhuǎn)換成低阻抗振動信號。

優(yōu)選地，其中所述在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備的表面的振動加速度傳感器和隔聲罩外部表面的振動加速度傳感器在同一水平面上，并且同步進(jìn)行測量。

優(yōu)選地，其中所述振動加速度信號采集單元的第一振動加速度信號包括：主噪聲設(shè)備表面的各個測點(diǎn)處的振動加速度信號。

優(yōu)選地，其中所述振動加速度信號采集單元的第二振動加速度信號包括：隔聲罩外部的各個測點(diǎn)處的振動加速度信號。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.將振動加速度傳感器直接布置在主噪聲設(shè)備的表面和隔聲罩外部表面測試振速級，不受環(huán)境因素、人為因素和背景噪聲的影響，提高了測試精度。

2.采用格林函數(shù)法重構(gòu)隔聲罩內(nèi)部和外部的聲場，并對輻射因子進(jìn)行試驗測定，分析了其影響程度，得出了輻射因子的取值范圍，提高了測試精度。

3.利用所述數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)能夠方便快速的測出隔聲罩隔聲量的大小，提高了測試效率。

附圖說明

通過參考下面的附圖，可以更為完整地理解本發(fā)明的示例性實施方式：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方式的隔聲量測試方法100的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施方式的加速度傳感器的等效電路圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實施方式的加速度傳感器和電荷放大器簡化的等效電路圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實施方式的隔聲罩內(nèi)外測點(diǎn)布置的示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實施方式的隔聲罩內(nèi)主噪聲設(shè)備表面測點(diǎn)布置的示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明實施方式的信號調(diào)理電路的電路圖；

圖7為根據(jù)本發(fā)明實施方式的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路圖；

圖8為根據(jù)本發(fā)明實施方式的輻射因數(shù)對高抗輻射聲功率的影響的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為根據(jù)本發(fā)明實施方式的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的主界面圖；以及

圖10為根據(jù)本發(fā)明實施方式的隔聲量測試系統(tǒng)1000的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實施方式，然而，本發(fā)明可以用許多不同的形式來實施，并且不局限于此處描述的實施例，提供這些實施例是為了詳盡地且完全地公開本發(fā)明，并且向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達(dá)本發(fā)明的范圍。對于表示在附圖中的示例性實施方式中的術(shù)語并不是對本發(fā)明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標(biāo)記。

除非另有說明，此處使用的術(shù)語(包括科技術(shù)語)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被理解為與其相關(guān)領(lǐng)域的語境具有一致的含義，而不應(yīng)該被理解為理想化的或過于正式的意義。

基于現(xiàn)有的聲強(qiáng)法和聲壓法測試隔聲罩隔聲量受外界影響因素較大，影響測試精度的不足，本發(fā)明提出了一種基于振速法的變電站主噪聲設(shè)備 隔聲罩隔聲量測試方法，該方法采用振動加速度傳感器測試隔聲罩內(nèi)設(shè)備的振速級和隔聲罩外部的振速級作為邊界條件，采用格林函數(shù)法重構(gòu)內(nèi)部和外部的聲場，進(jìn)而計算出隔聲罩內(nèi)外的聲功率級，得到隔聲罩的隔聲量，從而減少外部因素的影響，提高測試精度。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施方式的隔聲量測試方法100的流程圖。如圖1所示，所述隔聲量測試方法100從步驟101處開始，在步驟101在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備的表面和隔聲罩外部表面分別設(shè)置至少一個測點(diǎn)，并在每個測點(diǎn)位置布置振動加速度傳感器。將振動加速度傳感器分別貼在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備的表面和隔聲罩的外部表面，振動加速度傳感器采集加速度信號，將加速度信號轉(zhuǎn)為電荷信號輸出。

圖2為根據(jù)本發(fā)明實施方式的加速度傳感器的等效電路圖。如圖2所示，所述振動加速度傳感器包括：加速度計、電纜和前置放大器，所述加速度計用于采集高阻抗振動信號；所述電纜用于將所述高阻抗振動信號傳輸?shù)剿銮爸梅糯笃?；所述前置放大器用于將采集的高阻抗振動信號轉(zhuǎn)換成低阻抗振動信號。加速度計部分由壓電陶瓷和質(zhì)量塊組成，可以拾取振動信號，電纜將信號從加速度計部分傳輸?shù)角爸梅糯笃鞑糠?。振動前置放大器的基本作用是把壓電加速度計的高阻抗輸出轉(zhuǎn)換成低阻抗信號，使信號可以送至測量儀器或分析儀器中。一般來說，加速度計的阻值，前置放大器的輸入端阻值，反饋通道的阻值可以維持得很高，因此圖2可以簡化為圖3。圖3為根據(jù)本發(fā)明實施方式的加速度傳感器和電荷放大器簡化的等效電路圖。如圖3所示，

C_t＝C_a+C_c+C_p，

其中，C_t為總等效電容；C_a為振動加速度計的電容；C_c為電纜和連接插頭的電容；C_p為前置放大器的輸入電容；C_f為反饋電容；I為從加速度 計流出的總電流；Q_a為壓電加速度計產(chǎn)生的電荷；I_i為從C_t流出的電流，I_c為運(yùn)算放大器反饋回路上的電流。

在等效電路中，輸入電壓與輸出電壓之間存在下述等式關(guān)系：

V₀＝-AV_i，

因此，

其中，V₀為前置放大器的輸出端電壓；A為前置放大器增益；V_i為前置放大器的輸入端電壓；V_c為前置放大器輸出端與輸入端的電壓差。

其中，理想放大器的輸入電流為零，由基爾霍夫電流定律可知：

I+I_i+I_c＝0，

由式上述四個公式可得：

其中，

把最初在放大器輸出端出現(xiàn)任何直流偏置電壓相對應(yīng)的常數(shù)假設(shè)為零，上述公式可以解得：

將電荷放大器的放大倍數(shù)很大，約為10⁵倍，因此：

由上述公式可知，輸出電壓與輸入電荷成比例。因此，輸出電壓與加速度計的加速度也成比例，可以用輸出電壓標(biāo)定振動加速度值。

圖4為根據(jù)本發(fā)明實施方式的隔聲罩內(nèi)外測點(diǎn)布置的示意圖。如圖4 所示，1為隔聲罩外部表面，2為隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備表面，3為隔聲罩外部表面測點(diǎn)位置，4為隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備表面測點(diǎn)位置，在測試過程中所需的振動加速度傳感器至少需要2個，一個布置在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備的表面，一個布置在隔聲罩外部表面，所述在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備的表面的振動加速度傳感器和隔聲罩外部表面的振動加速度傳感器在同一水平面上，并且同步進(jìn)行測量。需說明的是該方法中需要測試整個表面的振動加速度級，因此需要多次移動傳感器進(jìn)行測量，或者采用多組傳感器測量。

圖5為根據(jù)本發(fā)明實施方式的隔聲罩內(nèi)主噪聲設(shè)備表面測點(diǎn)布置的示意圖。如圖5所示，以隔聲罩內(nèi)主噪聲設(shè)備為高抗作為測試案例，對其表面進(jìn)行測試，此時，測點(diǎn)分布分別為前、后、左、右四個表面，相鄰兩側(cè)點(diǎn)之間的距離一般在0.3—0.5m之間，測點(diǎn)數(shù)目根據(jù)設(shè)備的長度、寬度、高度而定，類似的隔聲罩外部表面也為相同的測點(diǎn)布置。

優(yōu)選地，在步驟102分別采集所述主噪聲設(shè)備表面的第一振動加速度信號和隔聲罩外部表面的第二振動加速度信號，并將所述第一振動加速度信號和第二振動加速度信號分別轉(zhuǎn)化為第一電荷信號和第二電荷信號。優(yōu)選地，優(yōu)選地，其中所述第一振動加速度信號包括：主噪聲設(shè)備表面的各個測點(diǎn)處的振動加速度信號。優(yōu)選地，其中所述第二振動加速度信號包括：隔聲罩外部的各個測點(diǎn)處的振動加速度信號。

由于壓電元件的特性，一般情況下輸出的電荷信號非常微弱。該信號不能直接送入到顯示、記錄、分析儀器中。需要將加速度計采集到的電荷信號輸送到信號調(diào)理器，信號調(diào)理電路會對輸入的電荷信號進(jìn)行放大或衰減，并濾除噪聲，再進(jìn)行后續(xù)分析。圖6為根據(jù)本發(fā)明實施方式的信號調(diào)理電路的電路圖。如圖6所示，所示信號調(diào)理電路能夠?qū)崿F(xiàn)電荷的放大，增益的調(diào)節(jié)和濾波，利用信號調(diào)理器分別將所述第一電荷信號和第二電荷信號進(jìn)行放大。

數(shù)據(jù)采集板卡的核心是模數(shù)轉(zhuǎn)換，從信號調(diào)理器輸入的信號是一個模擬電壓信號或電流信號，而計算機(jī)能處理的信號必須是數(shù)字信號。數(shù)據(jù)采 集卡的主要作用就是將調(diào)理器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能處理的數(shù)字信號。圖7為根據(jù)本發(fā)明實施方式的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的電路圖，如圖7所示，利用數(shù)據(jù)采集卡分別將所述放大后的第一電荷信號和第二電荷信號轉(zhuǎn)換為第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號。電路中“Sensor_V”為傳感器經(jīng)信號調(diào)理后的電壓；“OUT”為MCU的一個I/O口，由此輸出高低電平的方波，此方波與傳感器的電壓大小有關(guān)；“IN_PORT”是A/D轉(zhuǎn)換的輸出，也輸出一個隨傳感器電壓變化的方波，此信號輸入到MCU的一個I/O口。最后通過USB接口或者網(wǎng)絡(luò)傳輸將數(shù)字信號傳輸給計算機(jī)進(jìn)行處理。

優(yōu)選地，在步驟103利用數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)基于格林函數(shù)法重構(gòu)隔聲罩內(nèi)部和外部的聲場。LabVIEW數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，是完成振動信號的處理，并將格林函數(shù)法編寫到程序中完成聲場的重建，進(jìn)而計算出隔聲罩內(nèi)外的平均聲功率級即隔聲量的大小。編程的原理是將采集到的振動信號作為邊界條件，基于格林函數(shù)法進(jìn)行聲場重構(gòu)。格林函數(shù)又稱為點(diǎn)源函數(shù)，表示一個點(diǎn)源在一定的邊界條件下所產(chǎn)生的場或影響，其定義為設(shè)在Ω內(nèi)有Δu＝0,Δv＝0，u,v在Ω+Γ上有一階的連續(xù)偏導(dǎo)數(shù)，則由格林第二公式：

可得到：

將上述兩個公式相加得：

選擇調(diào)和函數(shù)v滿足公式：

于是有：

記

則有：

其中，G(M,M₀)稱為拉普拉斯方程的格林函數(shù)。

由于任意分布的源所產(chǎn)生的場均可看成許許多多的點(diǎn)源所產(chǎn)生的場的疊加，因此格林函數(shù)一旦求出，便可算出任意源的場。

基于格林函數(shù)法重構(gòu)隔聲罩內(nèi)外的聲場，前提是測得內(nèi)外的振動加速度級，實驗測得的設(shè)備和隔聲罩外部的平均振動速度級的計算公式為：

其中，

L_vi為振動速度級；V₀為參考振動加速度,V₀＝5×10^-8m/s。

優(yōu)選地，在步驟104通過計算隔聲罩內(nèi)部和外部的平均聲功率級得到隔聲量。

聲功率級的計算公式為：

其中，S_a為相應(yīng)測量面的面積；σ為輻射因數(shù)，輻射因數(shù)閾值為0.3；ρc為空氣特性阻抗；S₀＝1m²；(ρc)₀＝400N·s/m，即空氣在20攝氏度，氣壓105Pa時的阻抗。

計算公式中輻射因子σ往往是比較難確定的，對于不同的設(shè)備，其值的大小是不同的，本發(fā)明中的主噪聲設(shè)備主要指的是特高壓變壓器和高 抗，為準(zhǔn)確得到輻射因子對于計算結(jié)果的影響，對某一特高壓變電站內(nèi)的高抗隔聲罩的聲功率級進(jìn)行了測定。圖8為根據(jù)本發(fā)明實施方式的輻射因數(shù)對高抗輻射聲功率的影響的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖8所示，只要高抗輻射因數(shù)不低于0.3，其對聲功率的最大影響，將不超過3dB。

對于重構(gòu)聲場的計算，其邊界每個節(jié)點(diǎn)的振動速度均為實際測量的結(jié)果。在各邊界節(jié)點(diǎn)處，已知節(jié)點(diǎn)的振動速度，根據(jù)如下公式可以計算其聲壓，

A{p_i}＝j(luò)ρ₀ωB{v_ni}，

其中，A和B為系數(shù)矩陣，ρ₀是介質(zhì)密度，ω為角頻率。

在已知邊界Ω_a上的聲壓{p_i}和法向振動速度{v_ni}后，場輻射聲場V中不在直接邊界元Ω_a上任意一點(diǎn)r處的聲壓p(r)，計算公式為：

其中，系數(shù)矩陣向量{C_i}^T和{D_i}^T的元素分別為：

其中，G(r,r_a)是格林函數(shù)，滿足公式：

▽²G(r,r_a)+k²G(r,r_a)＝0。

圖9為根據(jù)本發(fā)明實施方式的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的主界面圖。如圖9所示，為依據(jù)上述原理，采用虛擬儀器LabVIEW編寫的測試主界面，該程序能夠?qū)崿F(xiàn)振動信號的測量，根據(jù)聲場重構(gòu)算法計算出隔聲罩的隔聲量，以及輻射因數(shù)的選擇對隔聲量計算的影響。

圖10為根據(jù)本發(fā)明實施方式的隔聲量測試系統(tǒng)1000的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，所述隔聲量測試系統(tǒng)包括：振動加速度傳感器布置單元1001、振動加速度信號采集單元1002、聲場重構(gòu)單元1003和隔聲量計算單元1004，在振動加速度傳感器布置單元1001在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備 的表面和隔聲罩外部表面分別設(shè)置至少一個測點(diǎn)，并在每個測點(diǎn)位置布置振動加速度傳感器。優(yōu)選地，其中所述振動加速度傳感器包括：加速度計、電纜和前置放大器，所述加速度計用于采集高阻抗振動信號；所述電纜用于將所述高阻抗振動信號傳輸?shù)剿銮爸梅糯笃?；所述前置放大器用于將采集的高阻抗振動信號轉(zhuǎn)換成低阻抗振動信號。優(yōu)選地，其中所述在隔聲罩內(nèi)部主噪聲設(shè)備的表面的振動加速度傳感器和隔聲罩外部表面的振動加速度傳感器在同一水平面上，并且同步進(jìn)行測量。

優(yōu)選地，在振動加速度信號采集單元1002分別采集所述主噪聲設(shè)備表面的第一振動加速度信號和隔聲罩外部表面的第二振動加速度信號，并將所述第一振動加速度信號和第二振動加速度信號分別轉(zhuǎn)化為第一電荷信號和第二電荷信號。優(yōu)選地，其中所述振動加速度信號采集單元的第一振動加速度信號包括：主噪聲設(shè)備表面的各個測點(diǎn)處的振動加速度信號。優(yōu)選地，其中所述振動加速度信號采集單元的第二振動加速度信號包括：隔聲罩外部的各個測點(diǎn)處的振動加速度信號。

優(yōu)選地，在聲場重構(gòu)單元1003利用數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)基于格林函數(shù)法重構(gòu)隔聲罩內(nèi)部和外部的聲場，

優(yōu)選地，在隔聲量計算單元1004通過計算隔聲罩內(nèi)部和外部的平均聲功率級得到隔聲量。優(yōu)選地，其中在隔聲量計算單元中輻射因數(shù)閾值為0.3。

已經(jīng)通過參考少量實施方式描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，正如附帶的專利權(quán)利要求所限定的，除了本發(fā)明以上公開的其他的實施例等同地落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

通常地，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語都根據(jù)他們在技術(shù)領(lǐng)域的通常含義被解釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考“一個/所述/該[裝置、組件等]”都被開放地解釋為所述裝置、組件等中的至少一個實例，除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的步驟都沒必要以公開的準(zhǔn)確的順序運(yùn)行，除非明確地說明。