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一种油浸式 变压器微型机器鱼姿态 定位方法

阅读：36发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，其技术特点是：根据变压器微型机器鱼内部安装的惯性导航传感器测得自身的加速度和角加速度并对其作二次积分得到变压器微型机器鱼惯性导航的位姿；利用声-电定位传感器来检测变压器微型机器鱼定期发出的超声信号和电磁波信号；根据超声信号和电磁波信号计算出变压器微型机器鱼的精确位姿，使用该精确位姿对变压器微型机器鱼惯性导航的位姿进行修正，最终得到变压器微型机器鱼当前的位姿。本发明设计合理，能够有效减小变压器微型机器鱼惯性导航由随时间产生的累积误差，在降低变压器身上所安装定位传感器数量的同时，确保变压器微型机器鱼的位姿始终在规定的误差范围内。，下面是一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、根据变压器微型机器鱼内部安装的惯性导航传感器测得自身的加速度和角加速度，对测得的加速度和角加速度作二次积分得到变压器微型机器鱼惯性导航的位姿；
步骤2、当变压器微型机器鱼移动至变压器身上安装的声-电联合定位传感器附近时，利用声-电定位传感器来检测变压器微型机器鱼定期发出的超声信号和电磁波信号；
步骤3、建立变压器微型机器鱼的位姿计算模型，根据步骤2测得的超声信号和电磁波信号计算出变压器微型机器鱼的精确位姿，使用该精确位姿对变压器微型机器鱼惯性导航的位姿进行修正，最终得到变压器微型机器鱼当前的位姿。
2.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，其特征在于：所述变压器微型机器鱼内部安装的惯性导航传感器包括角速度计和陀螺仪。
3.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，其特征在于：所述声-电定位传感器包括超声阵列和天线探头，所述超声阵列安装于声-电联合定位传感器的同心圆上；所述天线探头安装于声-电联合定位传感器的圆心处，该天线探头形状呈螺纹状。
4.根据权利要求3所述的一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，其特征在于：所述超声阵列由三个压电陶瓷组成并呈等三角形排列，所述压电陶瓷压电常数为5C/N，介电损失为0.9％，中心频率为500kHz。
5.根据权利要求1所述的一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，其特征在于：所述步骤3的具体实现方法为：
建立变压器微型机器鱼的位姿计算模型，并按下式计算变压器微型机器鱼的俯仰角а、偏航角β、翻滚角γ：
当zs2>zs1时
当zs2当zs3>zs4时
当zs3当xs1>xs2时
当xs1式中，xs1,ys1,zs1、xs2,ys2,zs2、xs3,ys3,zs3、xs4,ys4,zs4分别为变压器微型机器鱼的四个信号源P1、P2、P3、P4的空间位置；
按下式计算变压器微型机器鱼在变压器内的三维空间位置Owf(xwf,ywf,zwf)：
Owf＝(P1+P2)/2
最终得到变压器微型机器鱼当前的位姿(xwf,ywf,zwf,а,β,γ)。

说明书全文

一种油浸式变压器微型机器鱼姿态 定位方法

技术领域

[0001] 本发明属于油浸式变压器故障检测技术领域，尤其是一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法。

背景技术

[0002] 为了有效地检测大型变压器内部的故障位置和故障类型，利用变压器微型机器鱼对变压器内部进行视觉观测，可较直观地检查变压器内部器件有无异常等。由于大型变压器体积巨大且内部结构复杂，变压器微型机器鱼在检测过程中，如何实现变压器微型机器鱼的位姿准确定位是机器鱼任务完成的关键。由于变压器由金属外壳完全密封，因此，难以采用常规的激光雷达、视觉相机、GPS等检测设备对变压器微型机器鱼的位姿进行定位。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，其通过声-电联合定位方式获得的精确数据对惯性导航产生的累积误差进行矫正，确保了当前获得的变压器微型机器鱼的位姿始终在规定的误差范围内。

[0004] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

[0005] 一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤1、根据变压器微型机器鱼内部安装的惯性导航传感器测得自身的加速度和角加速度，对测得的加速度和角加速度作二次积分得到变压器微型机器鱼惯性导航的位姿；

[0007] 步骤2、当变压器微型机器鱼移动至变压器身上安装的声-电联合定位传感器附近时，利用声-电定位传感器来检测变压器微型机器鱼定期发出的超声信号和电磁波信号；

[0008] 步骤3、建立变压器微型机器鱼的位姿计算模型，根据步骤2测得的超声信号和电磁波信号计算出变压器微型机器鱼的精确位姿，使用该精确位姿对变压器微型机器鱼惯性导航的位姿进行修正，最终得到变压器微型机器鱼当前的位姿。

[0009] 进一步，所述变压器微型机器鱼内部安装的惯性导航传感器包括角速度计和陀螺仪。

[0010] 进一步，所述声-电定位传感器包括超声阵列和天线探头，所述超声阵列安装于声-电联合定位传感器的同心圆上；所述天线探头安装于声-电联合定位传感器的圆心处，该天线探头形状呈螺纹状。

[0011] 进一步，所述超声阵列由三个压电陶瓷组成并呈等三角形排列，所述压电陶瓷压电常数为5C/N，介电损失为0.9％，中心频率为500kHz。

[0012] 进一步，所述步骤3的具体实现方法为：

[0013] 建立变压器微型机器鱼的位姿计算模型，并按下式计算变压器微型机器鱼的俯仰角а、偏航角β、翻滚角γ：

[0014] 当zs2>zs1时

[0015]

[0016] 当zs2

[0017]

[0018] 当zs3>zs4时

[0019]

[0020] 当zs3

[0021]

[0022] 当xs1>xs2时

[0023]

[0024] 当xs1

[0025]

[0026] 式中，xs1,ys1,zs1、xs2,ys2,zs2、xs3,ys3,zs3、xs4,ys4,zs4分别为变压器微型机器鱼的四个信号源P1、P2、P3、P4的空间位置；

[0027] 按下式计算变压器微型机器鱼在变压器内的三维空间位置Owf(xwf,ywf,zwf)：

[0028] Owf＝(P1+P2)/2

[0029] 最终得到变压器微型机器鱼当前的位姿(xwf,ywf,zwf,а,β,γ)。

[0030] 本发明的优点和积极效果是：

[0031] 1、本发明通过建立变压器内部智能巡检机器鱼的姿态计算模型，结合声-电定位传感器检测到的变压器微型机器鱼定期发出的超声信号和电磁波信号，能够有效减小变压器微型机器鱼惯性导航由随时间产生的累积误差，在降低变压器身上所安装定位传感器数量的同时，确保变压器微型机器鱼的位姿始终在规定的误差范围内，实现变压器微型机器鱼位姿的精确定位功能。

[0032] 2、本发明采用变压器微型机器鱼惯性导航和声-电定位构成的联合定位方式，当变压器微型机器鱼距离声-电定位传感器较远时，变压器微型机器鱼采用惯性导航，当变压器微型机器鱼移动至变压器身上安装的声-电联合定位传感器附近时，用声-电定位方法该获得变压器微型机器鱼的精确位姿对变压器微型机器鱼惯性导航的位姿进行修正，目的是尽量减少变压器身上所安装定位传感器数量的同时，确保变压器微型机器鱼的位姿始终在规定的误差范围内。附图说明

[0033] 图1为本发明的定位方法流程图；

[0034] 图2为本发明的变压器微型机器鱼结构示意图；

[0035] 其中：1-信号源P1、2-信号源P2、3-信号源P3、4-信号源P4。

具体实施方式

[0036] 以下结合附图对本发明的实施做进一步详述。

[0037] 一种油浸式变压器微型机器鱼姿态定位方法，如图1及图2所示，包括以下步骤：

[0038] 步骤1、根据变压器微型机器鱼内部安装的惯性导航传感器测得自身的加速度和角加速度，对测得的加速度和角加速度作二次积分可得到变压器微型机器鱼惯性导航的位姿，实现变压器微型机器鱼的惯性导航。

[0039] 在本实施例中，变压器微型机器鱼内部安装的惯性导航传感器可包括角速度计和陀螺仪。

[0040] 步骤2、当变压器微型机器鱼移动至变压器身上安装的声-电联合定位传感器附近时，利用声-电定位传感器来检测变压器微型机器鱼定期发出的超声信号和电磁波信号。

[0041] 变压器身上安装的声-电联合定位传感器包括超声阵列和天线探头，超声阵列安装于声-电联合定位传感器的同心圆上，由三个压电陶瓷组成，该压电陶瓷压电常数为5C/N，介电损失为0.9％，中心频率为500kHz，呈等三角形排列。所述天线探头安装于声-电联合定位传感器的圆心处，天线探头形状呈螺纹状。

[0042] 步骤3、建立变压器微型机器鱼的位姿计算模型，根据步骤2测得的超声信号和电磁波信号计算出变压器微型机器鱼的精确位姿，使用该精确位姿对变压器微型机器鱼惯性导航的位姿进行修正，最终得到变压器微型机器鱼当前的位姿，保证变压器微型机器鱼的位姿始终在规定的误差范围内。

[0043] 变压器微型机器鱼的位姿计算模型主要包括变压器微型机器鱼的位置计算和姿态计算，其中变压器微型机器鱼的姿态包括俯仰角а、偏航角β、翻滚角γ，分别如下：

[0044] 当zs2>zs1时

[0045]

[0046] 当zs2

[0047]

[0048] 当zs3>zs4时

[0049]

[0050] 当zs3

[0051]

[0052] 当xs1>xs2时

[0053]

[0054] 当xs1

[0055]

[0056] 式中(xs1,ys1,zs1)、(xs2,ys2,zs2)、(xs3,ys3,zs3)、(xs4,ys4,zs4)分别为变压器微型机器鱼的四个信号源P1、P2、P3、P4的空间位置，如图2所示，四个信号源分别设置在变压器微型机器鱼底部的前端、后端和左右两端。

[0057] 变压器微型机器鱼在变压器内的三维空间位置Owf(xwf,ywf,zwf)为：

[0058] Owf＝(P1+P2)/2 (7)

[0059] 当变压器微型机器鱼移动到声-电联合定位传感器附近时，声-电联合定位传感器上的压电探头和特高频探头检测到变压器微型机器鱼发出的信号源。测得的超声信号的电信号根据公式(1)-公式(7)可以确定变压器微型机器鱼当前的位姿(xwf,ywf,zwf,а,β,γ)。

[0060] 本发明未述及之处适用于现有技术。

[0061] 需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

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