电气设备局部放电超声阵列定位

电气设备局部放电超声阵列定位
作者：律方成，谢庆 编著
出版时间： 2016年版
内容简介
　　《电气设备局部放电超声阵列定位》电气设备局部放电超声阵列定位是高压电器设备故障检测的重要手段。采用超声阵列传感器接收局部放电所产生的超声信号，对接收到的信号采用阵列处理技术可以实现对局部放电超声信号的去噪、聚焦、局部放电源个数估计、信号波达方向估计以及局部放电源的定位等。该方法的检测成功率和定位精度较高，具有很好的发展前景。本书共分为6章，主要内容包括单局部放电源的测向与定位、多局部放电源的测向与定位、超声阵列信号的去噪、实验研究、传感器阵列的优化设计等。本书全面介绍局部放电超声阵列定位经典理论的同时，引入了zui新的科研成果（如FastDOA测向方法、基追踪去噪等），同时介绍了阵列传感器的研制及阵列的稀疏优化设计等内容。
目录
前言
第1章 概述 1
1.1 电气设备局部放电定位检测的重要意义 1
1.2 电气设备局部放电定位的主要方法 2
1.2.1 电气定位法 2
1.2.2 光定位法 3
1.2.3 X射线激励定位法 3
1.2.4 红外检测法 3
1.2.5 无线电干扰电压法 4
1.2.6 化学检测法 4
1.2.7 超高频定位法 4
1.2.8 超声波定位法 5
1.3 阵列信号处理技术 7
1.3.1 阵列信号处理技术的兴起与发展 7
1.3.2 阵列信号的数学模型 8
1.3.3 阵列传感器简介 10
1.3.4 阵列信号处理算法 14
第 2 章 单局放源的超声阵列测向与定位方法 16
2.1 窄带阵列信号测向原理及基本算法 16
2.1.1 测向原理 16
2.1.2延迟—相加法 17
2.1.3 Capon最小方差法 18
2.1.4 MUSIC算法 19
2.1.5求根MUSIC算法 20
2.1.6 ESPRIT算法 21
2.1.7 基于稀疏分解的DOA估计算法 22
2.1.8 FastDOA算法 24
2.1.9改进FastDOA算法 25
2.2 基于圆环阵的窄带局放超声阵列信号测向 26
2.2.1 相位模式激励算法的原理 26
2.2.2 基于改进FastDOA的圆环局放超声信号测向仿真研究 27
2.3 宽带局放超声阵列信号聚焦 30
2.3.1 聚焦的必要性分析 30
2.3.2 聚焦处理的原理及算法 30
2.3.3 RSS算法应用于宽带局放超声阵列信号测向研究 38
2.3.4 CF算法应用于宽带局放超声阵列信号测向研究 40
2.4 单局放源的超声阵列定位方法 42
2.4.1 基于双平台测向线交叉原理的局放超声几何定位算法 42
2.4.2 基于双平台异面直线公垂线中点原理的局放超声几何定位算法 45
2.4.3 基于多平台全局搜索原理的局放超声几何定位算法 46
2.4.4 基于测向线最小切球球心原理的局放超声几何定位算法 48
2.4.5 仿真研究 49
第 3 章 多局放源的超声阵列测向定位方法 51
3.1 局放源的个数辨识方法 51
3.1.1 必要性分析 51
3.1.2 信号源个数辨识方法 51
3.1.3 仿真研究 57
3.2 多局放源定位方法 59
3.2.1 定位原理 59
3.2.2 仿真研究 60
第 4 章 局部放电超声阵列信号去噪方法 62
4.1 局部放电信号去噪的研究现状 62
4.1.1 单通道局部放电超声信号的去噪方法研究现状 62
4.1.2 局部放电超声阵列信号的去噪方法研究现状 63
4.2 局部放电超声波信号的去噪性能评价 64
4.2.1 基于源信号波形相似性的评价方法 64
4.2.2 基于阵列流型相位差畸变的评价方法 65
4.2.3 基于阵列观测信号信噪比的评价方法 66
4.3 基于独立分量分析的局部放电超声阵列信号去噪方法 67
4.3.1 独立分量分析的基本理论 67
4.3.2 基于快速独立分量分析的去噪仿真研究 69
4.3.3 基于参考独立分量分析的去噪仿真研究 76
4.4 基于稀疏分解理论的局部放电超声阵列信号去噪方法 82
4.4.1 稀疏分解理论基本知识 82
4.4.2 过完备原子库 84
4.4.3 基于基追踪算法的去噪仿真研究 85
4.4.4 基于匹配追踪算法的去噪仿真研究 90
4.5 分析比较 95
第 5 章 基于圆环形超声阵列的局放定位实验系统及实验研究 97
5.1 圆环形超声阵列传感器阵元的设计、研制与性能测试 97
5.1.1 圆环形局部放电超声阵列传感器阵元的设计与研制 97
5.1.2 局部放电超声阵列传感器阵元的性能测试 102
5.2 超声阵列传感器装配体的设计与研制 105
5.2.1 超声阵列传感器装配体的原理及优点 106
5.2.2 圆环形超声阵列传感器装配体的设计与研制 106
5.3 圆环形超声阵列传感器 108
5.4 实验系统简介 108
5.4.1 硬件系统 108
5.4.2 软件系统 111
5.5 实验研究 114
5.5.1 单局部放电源超声阵列定位实验 114
5.5.2 多局部放电源超声阵列定位实验 124
5.5.3 误差分析 131
第 6 章 局部放电超声阵列传感器的优化设计 132
6.1简介132
6.1.1 局部放电超声阵列传感器优化设计的目的及意义 132
6.1.2 局部放电超声阵列传感器稀疏设计的可行性分析 133
6.2 局部放电超声阵列传感器声学性能定量评价方法 134
6.2.1 多类型阵列传感器指向性函数的推导 134
6.2.2 三维指向性图的定性分析 137
6.2.3 局部放电超声阵列传感器声学性能的定量评价 139
6.2.4 仿真研究 143
6.2.5 实验验证 146
6.3 基于声学性能定量评价的局部放电超声阵列传感器稀疏设计 154
6.3.1 各种阵列传感器在不同稀疏结构下的指向性函数表达式 154
6.3.2 混沌猴群算法原理简介 155
6.3.3 局部放电超声阵列传感器的稀疏设计方法步骤 157
6.3.4 不同阵列结构相同阵元个数下最优稀疏结构的确定 157
6.3.5 仿真研究 159
6.3.6 实验验证 163
参考文献 169
索引