盛装有不均匀流体的容器的声速场模型的构建方法、声速场模型的使用方法技术

本发明专利技术涉及一种盛装有不均匀流体的容器的声速场模型的构建方法、声速场模型的使用方法，使用设置在扫描平面内的二维声场扫描盛装有不均匀流体的容器，获得每一次发射接收过程中的第一声压，建立扫描面声速场模型模拟前述发射接收过程得到第二声压，使用梯度优化算法优化，第二声压－第一声压<阈值后得到扫描面声速场模型在得到声速场模型后，可以测算同一扫描面内的任意两介质的超声传播时长，还可以进一步结合成像算法实现超声成像。像。像。

【技术实现步骤摘要】
盛装有不均匀流体的容器的声速场模型的构建方法、声速场模型的使用方法


[0001]本专利技术涉及一种盛装有不均匀流体的容器的超声检测
，具体涉及一种盛装有不均匀流体的容器的扫描面声速场模型的构建方法、一种盛装有不均匀流体的容器的声速场模型的构建方法、一种扫描面声速场模型的使用方法。

技术介绍

[0002]特高压变压器出线装置等关键连接部位仅依靠绝缘油热胀冷缩自然循环，属于半“死油区”状态，该区域一旦发生放电击穿，由于短路电流不经过绕组，放电能量大，成为高风险区域，严重影响特高压电网安全。
[0003]当前，对于特高压变压器出线装置等关键连接部位的监测方法分为油色谱检测路线、铁心接地电流检测路线、铁心接地高频局放检测路线等。这些检测方法主要检测故障状态的特性，不能有效监测变压器内部状态变换的全过程。
[0004]理论上，超声波可以用于特高压变压器出线装置的非接触式检测，但特高压变压器出线装置内盛装的绝缘油工作时会因热胀冷缩产生热循环，并致使不同位置、不同时刻的绝缘油的声学特性产生变化，从而影响检测精度。以单通道超声波垂直入射式扫描检测为例，其检测时间过长，绝缘油声学特性造成的误差在时间的积累下致使精度极低。以阵列超声波扫描检测为例，阵列超声波需要合成声束，难以实现有效聚焦，检测分辨率低，精度差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种盛装有不均匀流体的容器的扫描面声速场模型的构建方法、一种盛装有不均匀流体的容器的声速场模型的构建方法、一种扫描面声速场模型的使用方法，以确定盛装有不均匀流体的容器的声速场。
[0006]本专利技术的技术方案是：
[0007]一种盛装有不均匀流体的容器的扫描面声速场模型的构建方法，包括以下步骤：
[0008]步骤S10、在扫描平面内环绕扫描盛装有不均匀流体的容器，在环绕扫描所述盛装有不均匀流体的容器的每一次发射接收过程中，在第一发射位置r
s
发射超声波，在发射后时长t时分别测量的n个第一声压测量位置r
r
处的第一声压u
obs
(t,r
r
,r
s
)，n≥2；
[0009]步骤S11、建立所述盛装有不均匀流体的容器的扫描面结构仿真模型，离散化处理所述扫描面结构仿真模型，添加离散处理后的波动规则，配置每一离散点的声速，得到扫描面声速场模型
[0010]步骤S12、使用梯度优化算法迭代修正所述扫描面声速场模型得到拟合于所述步骤S10的扫描平面内声速场的扫描面声速场模型
[0011]所述扫描面声速场模型即对应于盛装有不均匀流体的容器的扫描平面的扫描
面声速场模型。
[0012]优选的，设k≥0，在所述步骤S12中，使用梯度优化算法迭代修正所述扫描面声速场模型的方法包括以下步骤：
[0013]步骤S120、在第k+1次迭代前，在扫描面声速场模型中模拟所述步骤S10的所有发射接收过程，所述扫描面声速场模型输出其测算的发射后时长t时相应位置的第二声压
[0014]设
[0015][0016]若则终止迭代，得到扫描面声速场模型若则进行第k+1次迭代；ξ为第二声压与第一声压的最大阈值；
[0017]步骤S121、在第k+1次迭代时，梯度算子
[0018]g
k+1
＝J
T
Δu
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，J代表Jacobian矩阵，Δu
k
为扫描面声速场模型输出的第二声压与第一声压的差；
[0019]使用梯度优化算法寻找搜索方向和搜索步长，更新扫描面声速场模型
[0020][0021]式中，α
k+1
为迭代步长，d
k+1
为搜索方向，d
k+1
＝f(g
k+1
)；
[0022]令k＝k+1，继续执行步骤S120。
[0023]进一步优选的，在所述步骤S121中，d
k+1
＝
‑
g
k+1
，α
k+1
为使用线搜索方法得到的迭代步长。
[0024]进一步优选的，在所述步骤S10中，在每一次发射接收过程中，在所述第一发射位置向第一射向发射第一超声波，所述第一发射位置、所述第一射向和n个第一声压测量位置均设置在扫描平面内；在所述步骤S120中，在扫描面声速场模型中模拟所述步骤S10的一次发射接收过程的方法是：以所述步骤S10中的一次发射接收过程中所述第一发射位置、n个所述第一声压测量位置与所述第一盛装有不均匀流体的容器的相对位置为参照基础，根据所述扫描面结构仿真模型的位置，分别确定第二发射位置和n个第二声压测量位置，设置在所述第二发射位置模拟发射的第二超声波的参数，所述第二超声波仿真所述第一超声波，所述扫描面声速场模型测算发射第二超声波后时长t时的所述第二声压测量位置的第二声压。
[0025]优选的，所述盛装有不均匀流体的容器为变压器出线装置，在所述步骤S10中，n＞31。
[0026]优选的，在所述步骤S11中，设置离散化处理的最大网格尺寸Δs，对所述扫描面结构仿真模型进行离散化处理；
[0027]所述离散处理后的波动规则为
[0028][0029]其中，u(x,z,t)为声压场，(x,z)分别为扫描面内离散点的横坐标、纵坐标，t为时间，v(x,z)为离散点(x,z)处的声速，Δt为计算时间步长，Δs为最大网格尺寸，M表示差分精度阶数的0.5倍，C为差分系数。
[0030]进一步优选的，在所述步骤S11中，最大网格尺寸Δs为所述超声波的最小波长的1/8；所述计算时间步长Δt满足v
min
是扫描平面内介质的最小声速。
[0031]优选的，在所述步骤S10中，使用超声波发射器发射超声波，所述超声波发射器为由m个超声波发射单元组成的线性阵列式超声波发射器，使用超声波接收器测量n个第一声压测量位置处的声压，所述超声波接收器为由n个超声波接收单元组成的线性阵列式超声波接收器，n≥m≥2。
[0032]一种盛装有不均匀流体的容器的声速场模型的构建方法，包括以下步骤：
[0033]在扫描平面的法向上步进移动扫描平面，使用前述的盛装有不均匀流体的容器的扫描面声速场模型的构建方法得到所述盛装有不均匀流体的容器的每一个扫描面上的扫描面声速场模型，按顺序对齐所有的扫描面声速场模型，得到所述盛装有不均匀流体的容器的声速场模型。
[0034]一种扫描面声速场模型的使用方法，包括测算扫描面声速场模型内相邻的两个声传播深度内任意两离散点的虚拟传播时长的步骤，具体是，设离散点p在前一声传播深度内，对应于位置(x
p
,z
p
)；点q在后一声传播深度内，对应于位置(x
q
,z
q
)，则点p、点q两离散点的虚拟传播时长
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盛装有不均匀流体的容器的扫描面声速场模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10、在扫描平面内环绕扫描盛装有不均匀流体的容器，在环绕扫描所述盛装有不均匀流体的容器的每一次发射接收过程中，在第一发射位置r
s
发射超声波，在发射后时长t时分别测量的n个第一声压测量位置r
r
处的第一声压u
obs
(t,r
r
,r
s
)，n≥2；步骤S11、建立所述盛装有不均匀流体的容器的扫描面结构仿真模型，离散化处理所述扫描面结构仿真模型，添加离散处理后的波动规则，配置每一离散点的声速，得到扫描面声速场模型步骤S12、使用梯度优化算法迭代修正所述扫描面声速场模型得到拟合于所述步骤S10的扫描平面内声速场的扫描面声速场模型所述扫描面声速场模型即对应于盛装有不均匀流体的容器的扫描平面的扫描面声速场模型。2.如权利要求1所述的盛装有不均匀流体的容器的扫描面声速场模型的构建方法，其特征在于，设k≥0，在所述步骤S12中，使用梯度优化算法迭代修正所述扫描面声速场模型的方法包括以下步骤：步骤S120、在第k+1次迭代前，在扫描面声速场模型中模拟所述步骤S10的所有发射接收过程，所述扫描面声速场模型输出其测算的发射后时长t时相应位置的第二声压设若则终止迭代，得到扫描面声速场模型若则进行第k+1次迭代；ξ为第二声压与第一声压的最大阈值；步骤S121、在第k+1次迭代时，梯度算子g
k+1
＝J
T
Δu
k
(2)其中，J代表Jacobian矩阵，Δu
k
为扫描面声速场模型输出的第二声压与第一声压的差；使用梯度优化算法寻找搜索方向和搜索步长，更新扫描面声速场模型式中，α
k+1
为迭代步长，d
k+1
为搜索方向，d
k+1
＝f(g
k+1
)；令k＝k+1，继续执行步骤S120。3.如权利要求2所述的盛装有不均匀流体的容器的扫描面声速场模型的构建方法，其特征在于，在所述步骤S121中，d
k+1
＝
‑
g
k+1
，α
k+1
为使用线搜索方法得到的迭代步长。4.如权利要求2所述的盛装有不均匀流体的容器的扫描面声速场模型的构建方法，其特征在于，在所述步骤S10中，在每一次发射接收过程中，在所述第一发射位置向第一射向
发射第一超声波，所述第一发射位置、所述第一射向和n个第一声压测量位置均设置在扫描平面内；在所述步骤S120中，在扫描面声速场模型中模拟所述步骤S10的一次发射接收过程的方法是：以所述步骤S10中的一次发射接收过程中所述第一发射位置、n个所述第一声压测量位置与所述第一盛装有...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朝华，杜君莉，朱甜甜，周正干，赵永峰，寇晓适，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：