1.地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法,采用的监测装置包括中央处理器、数据处理终端和收音器阵列;其特征在于:所述的收音器阵列包括第一收音器、第二收音器、第三收音器和第四收音器;第一收音器、第二收音器、第三收音器及第四收音器均靠近地下电力电缆设置;所述的第一收音器、第二收音器、第三收音器和第四收音器均包括声波信号接收装置、保护外壳和安装面板;保护外壳固定在安装面板上;声波信号接收装置安装在安装面板上,且位于保护外壳内;
所述的声波信号接收装置包括时钟芯片、声音传感器、控制器、安装板、收音筒、无线模块和滤波器;所述的收音筒呈漏斗状;安装板固定在收音筒内;时钟芯片、声音传感器、控制器、无线模块及滤波器均安装在安装板;时钟芯片的时钟信号接口与控制器的时钟输入接口连接;声音传感器的信号输出接口与滤波器的信号输入接口连接;滤波器的信号输出接口与控制器的声音信号输入接口连接;无线模块的通信接口与控制器的通信输出接口连接;
所述的收音器阵列共有3n个;3n个收音器阵列沿地下电力电缆的长度方向依次排列;
3n个收音器阵列沿自身排列方向每三个为一组,分为n组;n组收音器阵列与n个数据处理终端分别对应;每个收音器阵列内的各无线模块均与对应的数据处理终端无线通讯;n个数据处理终端均与中央处理器无线通信;
该地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法具体如下:
步骤一、同步第一收音器、第二收音器、第三收音器和第四收音器内时钟芯片;第一收音器、第二收音器、第三收音器和第四收音器内的声音传感器持续将检测到声波信号转化电信号经滤波器传输给控制器;
步骤二、当有威胁到地下电力电缆的破坏源在地下电力电缆100米范围内作业时,破坏源产生的特征声波将传播到最接近破坏源的收音器阵列处;收音器阵列作为特征阵列;
当第一收音器、第二收音器、第三收音器和第四收音器检测到特征声波时,第一收音器、第二收音器、第三收音器和第四收音器内的控制器分别将自身检测到特征声波的时刻t1、t2、t3、t4通过对应的数据处理终端传输给中央处理器;
步骤三、在特征阵列处建立空间中直角坐标系;第一收音器、第二收音器、第三收音器、第四收音器内的声音传感器在空间中直角坐标系中的坐标值分别为A(x1,y1,z1)、B(x2,y2,z2)、C(x3,y3,z3)、D(x4,y4,z4);破坏源的在空间中直角坐标系中的坐标值为S(x,y,z);x,y,z均需要通过计算得到;
步骤四、建立空间解析方程(1)、(2)、(3)、(4)
(x-x1)2+(y-y1)2+(z-z1)2=m2 (1)(x-x2)2+(y-y2)2+(z-z2)2=(m+ct12)2 (2)
2 2 2 2
(x-x3) +(y-y3) +(z-z3) =(m+ct13) (3)(x-x4)2+(y-y4)2+(z-z4)2=(m+ct14)2 (4)其中,m为第一收音器内声音传感器到破坏源的距离;c为声波传播速度;t12=t2-t1;t13=t3-t1;t14=t4-t1;
步骤五、令方程(1)减方程(2)式,并引入中间量a1,得到方程(5);令方程(2)减方程(3)式,并引入中间量a2,得到方程(6);令方程(3)减方程(4)式,并引入中间量a3,得到方程(7):令方程(4)减方程(1)式,并引入中间量a4,得到方程(8):
2(x2-x1)x+2(y2-y1)y+2(z2-z1)z+2ct12m=a1 (5)
2(x3-x2)x+2(y3-y2)y+2(z3-z2)z+2m(ct13-ct12)=a2 (6)
2(x4-x3)x+2(y4-y3)y+2(z4-z3)z+2m(ct14-ct13)=a3 (7)
2(x1-x4)x+2(y1-y4)y+2(z1-z4)z-2mct14=a4 (8)式(5)中,a1=(x22-x12)+(y22-y12)+(z22-z12)-(ct12)2;
式(6)中,a2=(x32-x22)+(y32-y22)+(z32-z22)+(ct12)2-(ct13)2;
式(7)中,a3=(x42-x32)+(y42-y32)+(z42-z32)+(ct13)2-(ct14)2;
2 2 2 2 2 2 2
式(8)中,a4=(x1-x4)+(y1-y4)+(z1-z4)+(ct14) ;
步骤六、将方程(5)、(6)、(7)、(8)化为矩阵形式得到矩阵方程(9):步骤七、求解矩阵方程(9),计算出破坏源的在空间中直角坐标系中的坐标S(x,y,z)。
2.根据权利要求1所述的地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法,其特征在于:所述保护外壳的外侧包裹有金属箔。
3.根据权利要求1所述的地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法,其特征在于:所述的第一收音器位于地下电力电缆的正上方;第二收音器位于地下电力电缆的一侧;并排设置的第三收音器和第四收音器位于地下电力电缆的另一侧。
4.根据权利要求1所述的地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法,其特征在于:同一收音器阵列内的四个控制器通过串口通信。
5.根据权利要求1所述的地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法,其特征在于:所述的数据处理终端模块包括中继无线传输装置和3米增益天线;中继无线传输装置采用工业级无线路由器;3米增益天线安装在中继无线传输装置上;上位无线传输模块采用工业级无线路由器;所述的中央处理器包括上位机和上位无线传输模块;上位机采用型号为CPM2A-
20CDR-D的PLC;所述时钟芯片的型号为DS1307;所述的控制器采用型号为Atmega328P的单片机;所述无线模块的型号为SX1278;所述滤波器的型号为MT210-1。
6.根据权利要求1所述的地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法,其特征在于:还包括报警模块;所述的报警模块包括扬声器和显示屏;扬声器和显示屏均与中央处理器连接。
7.根据权利要求1所述的地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法,其特征在于:相邻两个收音器阵列的间距为s,60米≤s≤100米。
8.根据权利要求1所述的地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法,其特征在于:所述特征声波的频率为300Hz~20KHz。
9.根据权利要求1所述的地下电力电缆防暴力破坏在线监测方法,其特征在于:步骤四中,c的取值为300m/s。