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DLT 2086-2020 高压输电线路和变电站噪声的传声器阵列测量方法.pdfDL/T20862020
参考点的位置不能移动。
图2合成孔径法变压器噪声测量示意图
图3合成孔径法变压器噪声阵列测量面测点分
连接传声器阵列、工业照相机与数据采集系统JB/T 3906-2011 凿岩机械与气动工具 镁合金铸件通用技术条件，使用激光测距仪测量测量面与发射面的 量并记录现场的天气、温度、湿度等环境参数。
6.2.2数据采集系统检查
6.2.3采样频率设置
启动数据采集系统，声源频率主要分布在4kHz及以上区域时，设置来样频率不宜低于 声源频率主要分布在4kHz以下区域时，采样频率宜设置为8kHz~10kHz。
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对手持式1000Hz声源于5m外进行声像合成，修改声图修正量以使实时图像中的能量最高 手持式声源正中心，记录声图修正量
测量并记录测量距离。
6.4.1高压输电线路测量
使用传声器阵列对高压输电线路进行测量，阵列平面应保持水平，阵列轴线AB与被测线路地面 投影的水平距离不应超过土1m，见图1。以阵列为中心周围10m范围内的地面应铺设吸声棉，吸声棉 厚度不应小于2cm，125Hz吸声系数不应低于0.1（可采用由聚酯纤维材料构成的吸声棉）。
6.4.2单台电气设备测量
使用传声器阵列对变电站内单台电气设备进行测量，阵列中心距离地面高度超过1.5m。在阵列轨 道前方4m～10m的范围内铺设吸声棉，宽度至少为6m。 若采用合成孔径采集方法，则将阵列置于轨道上在18个测点分别进行测量，见图3。测量时垂线 H4与电气设备中心垂线的水平距离不应超过+3m
6.4.3多台电气设备测量
使用传声器阵列对变电站内多台电气设备进行测量，阵列中心距离地面高度超过1.5m。在阵 前方8m～15m的范围内铺设吸声棉，宽度至少为6m，厚度不应低于2cm，吸声系数不应 。测量时选取合适的测量距离，使工业照相机视角涵盖待测的所有电气设备。
测量时应对相关参数进行记录。输电线路、电气设备的测量可分别按要求填写原始记录表， D、附录E。
通过传声器阵列计算声场能 各的测量数据，计算范围可设置为水 变用站内单台用
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备的测量数据，计算范围为水平方向距离传声器阵列中心土10m，垂直方向距离地面0m～20m；对 于变电站内多台电气设备的测量数据，计算范围为水平方向距离传声器阵列中心土50m，垂直方向距 离地面0m~20m。 计算频率点至少涵盖以下点：50Hz、100Hz、200Hz、500Hz、625Hz、800Hz、1000Hz、2kHz、 4 kHz、8kHz、10kHz、15kHz、20 kHz。计算声场使用的数据时间长度不少于 1 s。
将声场计算得到的声源位置在F 工业照相机平面坐标系内。将声强分布映射 到RGB颜色空间，生成声能量彩图并根据声 偏移量映射到实际图像上，最终得到声像合成图像
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附录A （资料性） 传声器阵列噪声提取的基本原理
传声器阵列噪声提取采用波束形成算法，将阵列上按一定几何形状排列的多个传声器所接收的信 号经过加权求和，在一定时间内将阵列波束“导向”到一定的方向上。“导向”作用是通过调整加权 系数完成的。阵列输出是对各阵元的接收信号矢量在阵元分量的加权求和，如图A.1所示。用向量表 示为
W 一M个阵元的复数加权向量： ·一共轭转置。 阵列输出端的空间谱定义为
R阵列输出协方差矩阵，按照式（A.3）定义
=Ely(t)/=E((t)y*(t)) =Ewx(t)x"(t)w=wEx(t)x"(t))n = wHRW
R = E(x(t)x(t))
图A.1波束形成原理图
声源辐射出噪声，由于声程差的缘故，每个阵元输出的信号是不同的，在接收端做相应的补偿， 就可以使得信号同相位叠加，信号输出最大，这就是波束形成的基本思想。如果空间中方向入射 个信号，阵列对信号的响应为α(e.），则权向量为
此时，信号同相位叠加，阵列 常规波束形成。 为了进一步理解，进行以下的推导。 。设阵列接收的数据包括两部分，即
xs(t)—对应的信号分量； x(t)——对应的噪声分量。 信号与噪声不相关，且二阶统计量已知，即有
WeRr =a(C)
=xs(t)+x(t) ..*
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E[xs(t)x(t) : Rs = E(xs(t)x(0) R =E[x(t)x(t)
实际中，除了期望信号外，空间还有来！ 方向的干扰，阵列在波束方向上的输出功 该方向上信号源的作用，还有其他方向上噪声和干扰的影响。
在阵列近场区域，信号源的声辐射需要采用球面波模型，各个阵元接收的幅值和相位与其到信号 源的距离有关。假设M元任意阵列对K个信号源的响应模型可以线性表示为
x(1)=Za,$x(t)+ n(t)
a: 阵列对第k个信号源的响应向量； s(t)—第k个信号源在t时刻的幅度； n(t) ——阵列在t时刻接收到的噪声向量； x(t)——阵列上M个阵元在t时刻接收信号所构成的M×1维向量。 当计算扫描平面上任一点(x.V.2)的权矢量时，根据任意一点和声源的位置关系有
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图B.1合成孔径的原理示意图
式中： Ao 一声源的幅值； 9o 一声源的相位； r。 一声源相对于阵列中心的位置； 一信号频率； k 一信号波数； w,(t) ——独立零均值的高斯噪声。 参考传声器同时采样声场，采样信号表示为
式中： Ao 声源的幅值； 9。 一声源的相位； r。 —一声源相对于阵列中心的位置； 0 一信号频率； k 一信号波数； w(t）——独立零均值的高斯噪声。 参考传声器同时采样声场，采样信号表示为
.—参考传声器相对于阵列中心的位置
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图B.2合成孔径方法示意图
假设阵列在M个不同的位置采样声场： 个位置是通过对阵列进行平移得到的，称阵列在每
可得到虚拟阵列的信号协方差矩阵R中第（p,Q)个元素rp为 r..=E[y,t)y,(t)],1≤p≤NM,1≤q≤NM. 设扫描平面上任一点的位置为广，利用式（B.7）构造加权向量：
描平面上任一点的位置为r，利用式（B.7）构
.. = E[,.).)],≤ p≤NM, ≤q≤NM.. 点的位置为广，利用式（B.7）构造加权向量：
设扫描平面上任一点的位置为r，利用式（B.7）构造加权向量：
式中： —一虚拟阵列上第i个阵元的位置； (}T—转置。 利用式（B.8)
计算得到该测点处的波束输出。遍历扫描平面上可能的噪声点，即可得到扫描平面的噪声点分布
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附录C （资料性） 输电线路测量距离误差对噪声定位结果的影响
表C.1不同输入参数下噪声谱级误差
输入距离参数 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 m 35 噪声谱级误差 1.22 dB 0.96 0.72 0.47 0.23 0.00 0.23 0.45 0.67 0.89 1.10
最后，如果输电线路的高度变化较大： 第一种方法是在数据处理中，将定 位距离作为扫描参量，得到每一个距离处的噪声位置，然后将所有结果叠加。第二种方法是采用多次 测量的方式，即将阵列在输电线路下不同位置测量，在阵列每个位置处取阵列中心正对输电线路位置 的高度作为成像距离，将多次测量的结果拼接即可得到该段输电线路的噪声点分布。
图C.1输电线路示意图
仿真说明成像距离误差对定位结果的影响。所使用阵列为2m×2m的螺旋阵阵列，如图C.2所 示。假设输电线路发射随机噪声，输电线路距离阵列接收平面的距离为30m，采用宽带定位可以得到 如图C.3所示的定位结果，图中圆圈表示假设的噪声点位置。如果成像距离为31m，那么得到的声源 定位结果如图C.4所示。与图C.3相比，定位得到的噪声点略向外扩散，但噪声点的能量基本不变，
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各向内收敛，但噪声点的能量基本不变，定位误
FZ/T 99014-2014 纺织机械电气设备通用技术条件图C.22mx2m的螺旋阵阵列示意图
图C.3成像距离为30m，实际距离为30m时的声源定位结果
成像距离为31m，实际距离为30m时的声源
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图C.5成像距离为29m，实际距离为30m时的声源定位结果
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