CN111257649B - 一种基于电弧声光压的综合检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电弧声光压的综合检测系统及方法，通过弧声检测单元、弧光检测单元、弧压检测单元和电弧拍摄单元对电弧进行多参数测量，对数据进行综合分析处理及评估，综合判断得出多个电弧运行参数，确定接触线与受电弓滑板材料的损耗系数，与原有电弧检测方法相比，具有可靠性高、功能全面的特点，解决了单个检测方式有一定的局限性，受到外界因素的干扰较大，误报严重的问题。本发明检测手段灵活、检测数据精确，通过对三种检测方式的综合应用，能够更加真实、准确地反应电弧的发生情况，从而对设备的更换做出指导。

Description

一种基于电弧声光压的综合检测系统及方法

技术领域

本发明属于电弧检测技术领域，具体涉及一种基于电弧声光压的综合检测系统及方法。

背景技术

随着列车速度的提升，弓网间接触方式由柔性接触向刚性接触转变，弓网冲击振动加剧，导致电弧频繁发生。电弧长期作用下，受电弓与接触网的使用寿命严重受到影响，滑板材料需频繁更换、接触线需定期更换以保障列车的安全运行，否则会导致事故发生、列车停运。因此，对电弧的高效、准确检测对保障列车的安全稳定运行至关重要。目前，电弧的检测方法主要有弧压检测与弧光检测。弧压检测存在的问题是电压波动使检测准确度受限。弧光检测受到外界因素的干扰较大，会受到强烈的阳光、光照等环境光的影响，从而影响检测精度。弧光检测与弧压检测均有一定的局限性，误报严重，且目前的检测方法无法判断电弧发生的类型，设备的更换通过接触线和受电弓滑板的实际状态和使用年限来判断，无法通过检测电弧判断是否需要更换受电弓与接触网。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于电弧声光压的综合检测系及方法解决了电弧检测不准确的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于电弧声光压的综合检测系统，包括：检测子系统、信号处理子系统、控制子系统和报警子系统；

所述信号处理子系统分别与检测子系统和控制子系统连接；

所述控制子系统与报警子系统连接。

进一步地：检测子系统包括：弧声检测单元、弧压检测单元、弧光检测单元和电弧拍摄单元；

所述信号处理子系统分别与弧声检测单元、弧压检测单元、弧光检测单元和电弧拍摄单元通信连接；

所述弧光检测单元采用紫外光电传感器；

所述弧声检测单元包括声音传感器；

所述弧压检测单元包括：阻容分压器和电流钳。

进一步地：信号处理子系统包括：弧声信号处理单元、弧光信号处理单元、弧压信号处理单元和电弧图像处理单元；

所述弧声检测单元与弧声信号处理单元连接；

所述弧压检测单元与弧压信号处理单元连接；

所述弧光检测单元与弧光信号处理单元连接；

所述电弧拍摄单元与电弧图像处理单元连接；

所述控制子系统分别与弧声信号处理单元、弧光信号处理单元、弧压信号处理单元和电弧图像处理单元连接。

进一步地：弧光信号处理单元包括：放大电路和滤波电路；

所述放大电路包括：电阻R₃、三极管Q₁、电阻R_f2、三极管Q_2A、电阻R_cc、电阻R₄、三极管Q_2B、电阻R₁、电阻R_f1、电阻R₂、接地电阻R_e1、接地电阻R_e2、接地电容C₁和接地电容C₂；

所述电阻R₃的一端作为放大电路的Vin端，其另一端分别与三极管Q₁的基极和电阻R_f1的一端连接；

所述三极管Q₁的发射极分别与接地电阻R_e1和接地电容C₁连接，其三极管Q₁的集电极分别与电阻R_f2的一端和三极管Q_2A的基极连接；

所述三极管Q_2A的集电极与电阻R_cc的一端连接，其发射极分别与电阻R₁的一端和三极管Q_2B的基极连接；

所述电阻R_f1的另一端分别与电阻R₁的另一端和电阻R₂的一端连接；

所述三极管Q_2B的集电极分别与电阻R_f2的另一端和电阻R₄的一端连接，其发射极分别与电阻R₂的另一端、接地电阻R_e2和接地电容C₂连接；

所述电阻R₄的另一端作为放大电路的Vout端；

所述电阻R_cc的另一端作为放大电路的供电端；

所述滤波电路包括：接地电阻R₅、电感L₁、接地电容C₃、电容C₄、电感L₂、电容C₅、电容C₆、电感L₃、接地电容C₁₀、电容C₇、电感L₄、电容C₈、电容C₉和接地电阻R₆；

所述电感L₂的一端分别与接地电阻R₅、电感L₁的一端、电容C₄的一端和电容C₅的一端连接，其另一端与电容C₆的一端连接；

所述电感L₁的另一端分别与电容C₄的另一端和接地电容C₃连接；

所述电容C₆的另一端分别与电容C₅的另一端、电感L₃的一端、电容C₇的一端、电感L₄的一端和电容C₈的一端连接；

所述电感L₃的另一端分别与接地电容C₁₀和电容C₇的另一端连接；

所述电感L₄的另一端与电容C₉的一端连接；

所述电容C₉的另一端分别与电容C₈的另一端和接地电阻R₆连接，并作为滤波电路的Vout端；

所述放大电路的Vin端与弧声检测单元连接，其Vout端与滤波电路的Vin端连接；

所述滤波电路的Vout端与控制子系统连接。

一种基于电弧声光压的综合检测方法，包括以下步骤：

S1、通过弧声检测单元采集弧声信号；

S2、采用弧声信号处理单元对弧声信号进行采样处理，并通过一阶FIR高通数字滤波器对采样后的弧声信号进行预加重处理和加窗处理，得到加窗声音信号；

S3、通过弧光检测单元采集弧光信号；

S4、采用弧光信号处理单元对弧光信号进行放大和滤波处理，得到弧光预处理信号；

S5、通过弧压检测单元采集电压信号和电流信号，并通过弧压信号处理单元对电压信号和电流信号进行处理，得到预处理的弧压和电流信号；

S6、通过电弧拍摄单元采集电弧图像数据，得到RGB图像数据；

S7、采用电弧图像处理单元将原RGB图像数据进行空间转换，得到预处理的RGB图像数据；

S8、采用主成分分析法对预处理的RGB图像数据进行处理，得到主成分特征数据；

S9、通过控制子系统对加窗声音信号、弧光预处理信号、预处理的弧压和电流信号和主成分特征数据进行处理，并驱动报警子系统执行指令。

进一步地：步骤S7包括以下步骤：

S71、采用电弧图像处理单元将原RGB图像数据中的S分量和L分量采用中值滤波和圆形均值滤波混合滤波的方法进行处理，采用正弦函数法处理H分量，转换到HSL彩色空间；

S72、将HSL彩色空间转换为RGB空间，得到预处理的RGB图像数据。

进一步地：步骤S9中在控制子系统中对数据进行处理的过程包括以下步骤：

S901、计算加窗声音信号的短时平均能量，确定电弧能量系数；

S902、根据弧光预处理信号的电压值，确定电弧光系数；

S903、将预处理的弧压和电流信号进行VMD分解，得到VMD分解电流信号和VMD分解电压信号；

S904、根据VMD分解电流信号和VMD分解电压信号，确定电弧电压系数和电弧电流系数；

S905、计算主成分特征数据的单个像素的灰度值；

S906、根据单个像素的灰度值，采用Niblack算法动态确定亮度总值；

S907、根据亮度总值，确定电弧亮度系数；

S908、将真空电弧弧柱区的灰度值沿纵向积分，得到不同时刻电弧的位置信息和强度信息；

S909、将电弧的位置信息和强度信息与中央数据库对比，确定电弧发生类型；

S910、计算燃弧率和总燃弧率，确定电弧燃弧时间系数；

S911、计算电弧直径，确定电弧直径系数；

S912、根据电弧能量系数、电弧光系数、电弧电压系数、电弧电流系数、电弧亮度系数、电弧燃弧时间系数和电弧直径系数计算接触线的损耗和受电弓滑板材料的损耗；

S913、根据接触线的损耗或受电弓滑板材料的损耗判断设备的安全等级；

S914、根据设备的安全等级和电弧发生类型，触发报警子系统报警。

进一步地：步骤S910中燃弧率的计算公式为：

其中，NQ为燃弧率，t_arc为持续大于5ms的燃弧的持续时间，t_total为测量电流超过标称的30％的时间；

总燃弧率的计算公式为：

其中，AQ为总燃弧率，t_vla为可见光燃弧持续时间。

进一步地：步骤S912中接触线的损耗和受电弓滑板材料的损耗的计算公式为：

K＝α₁E+α₂ζ+α₃μ+α₄ι+α₅λ+α₆η+α₇σ

M＝α₁E+α₂ζ+α₃μ+α₄ι+α₅λ+α₆η+α₇σ

其中，K为接触线的损耗，M为受电弓滑板材料的损耗，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇为比例系数，E为电弧能量系数，ζ为电弧光系数，μ为电弧电压系数，ι为电弧电流系数，λ为电弧亮度系数，η为电弧燃弧时间系数，σ为电弧直径系数。

本发明的有益效果为：本发明设计了一种基于电弧声光压的综合检测系统及方法，通过弧声检测单元、弧光检测单元、弧压检测单元和电弧拍摄单元对电弧进行多参数测量，对数据进行综合分析处理及评估，综合判断得出多个电弧运行参数，确定接触线与受电弓滑板材料的损耗系数，与原有电弧检测方法相比，具有可靠性高、功能全面的特点，解决了单个检测方式有一定的局限性，受到外界因素的干扰较大，误报严重的问题。本发明检测手段灵活、检测数据精确，通过对三种检测方式的综合应用，能够更加真实、准确地反应电弧的发生情况，从而对设备的更换做出指导。

附图说明

图1为一种基于电弧声光压的综合检测系统的系统框图；

图2为放大电路；

图3为滤波电路；

图4为一种基于电弧声光压的综合检测方法的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种基于电弧声光压的综合检测系统，一种基于电弧声光压的综合检测系统，包括：检测子系统、信号处理子系统、控制子系统和报警子系统；

所述信号处理子系统分别与检测子系统和控制子系统连接；

所述控制子系统与报警子系统连接。

检测子系统包括：弧声检测单元、弧压检测单元、弧光检测单元和电弧拍摄单元；

所述信号处理子系统分别与弧声检测单元、弧压检测单元、弧光检测单元和电弧拍摄单元通信连接；

所述弧光检测单元采用紫外光电传感器。

所述紫外光电传感器安装于高速列车上，距离弓网接触点4m；

所述弧声检测单元包括声音传感器；

所述声音传感器安装于高速列车上，距离弓网接触点2m；

所述弧压检测单元包括：阻容分压器和电流钳；

将阻容分压器固定在车体顶部，将阻容分压器高压端连接于接触网和受电弓滑板相应测量位置，阻容分压器接地端则通过导线与车体相连，车体与钢轨相连实现有效接地；

所述电弧拍摄单元为高速相机；

所述高速相机安装于高速列车上，距离弓网接触点2m；

信号处理子系统包括：弧声信号处理单元、弧光信号处理单元、弧压信号处理单元和电弧图像处理单元；

所述弧声检测单元与弧声信号处理单元连接；

所述弧压检测单元与弧压信号处理单元连接；

所述弧光检测单元与弧光信号处理单元连接；

所述电弧拍摄单元与电弧图像处理单元连接；

所述控制子系统分别与弧声信号处理单元、弧光信号处理单元、弧压信号处理单元和电弧图像处理单元连接。

弧光信号处理单元包括：放大电路和滤波电路；

由于存在各种对光信号检测产生干扰的噪声，其中主要为自然光干扰，因此有必要对电路中对检测的信号进行滤波以消除低频和高频的干扰信号。

如图2所示，所述放大电路包括：电阻R₃、三极管Q₁、电阻R_f2、三极管Q_2A、电阻R_cc、电阻R₄、三极管Q_2B、电阻R₁、电阻R_f1、电阻R₂、接地电阻R_e1、接地电阻R_e2、接地电容C₁和接地电容C₂；

所述电阻R₃的一端作为放大电路的Vin端，其另一端分别与三极管Q₁的基极和电阻R_f1的一端连接；

所述三极管Q₁的发射极分别与接地电阻R_e1和接地电容C₁连接，其三极管Q₁的集电极分别与电阻R_f2的一端和三极管Q_2A的基极连接；

所述三极管Q_2A的集电极与电阻R_cc的一端连接，其发射极分别与电阻R₁的一端和三极管Q_2B的基极连接；

所述电阻R_f1的另一端分别与电阻R₁的另一端和电阻R₂的一端连接；

所述三极管Q_2B的集电极分别与电阻R_f2的另一端和电阻R₄的一端连接，其发射极分别与电阻R₂的另一端、接地电阻R_e2和接地电容C₂连接；

所述电阻R₄的另一端作为放大电路的Vout端；

所述电阻R_cc的另一端作为放大电路的供电端；

放大电路具有低噪声，高增益，高共模抑制比和良好的高频特性，满足弧光信号放大的要求。

如图3所示，所述滤波电路包括：接地电阻R₅、电感L₁、接地电容C₃、电容C₄、电感L₂、电容C₅、电容C₆、电感L₃、接地电容C₁₀、电容C₇、电感L₄、电容C₈、电容C₉和接地电阻R₆；

所述电感L₂的一端分别与接地电阻R₅、电感L₁的一端、电容C₄的一端和电容C₅的一端连接，其另一端与电容C₆的一端连接；

所述电感L₁的另一端分别与电容C₄的另一端和接地电容C₃连接；

所述电容C₆的另一端分别与电容C₅的另一端、电感L₃的一端、电容C₇的一端、电感L₄的一端和电容C₈的一端连接；

所述电感L₃的另一端分别与接地电容C₁₀和电容C₇的另一端连接；

所述电感L₄的另一端与电容C₉的一端连接；

所述电容C₉的另一端分别与电容C₈的另一端和接地电阻R₆连接，并作为滤波电路的Vout端；

所述放大电路的Vin端与弧声检测单元连接，其Vout端与滤波电路的Vin端连接；

所述滤波电路的Vout端与控制子系统连接。

如图4所示，一种基于电弧声光压的综合检测方法，包括以下步骤：

S1、通过弧声检测单元采集弧声信号；

S2、采用弧声信号处理单元对弧声信号进行采样处理，并通过一阶FIR高通数字滤波器对采样后的弧声信号进行预加重处理和加窗处理，得到加窗声音信号，声音信号高频部分进行了凸显化，去除了背景噪声干扰，并且增大了声信号高频分辨率；

S3、通过弧光检测单元采集弧光信号；

S4、采用弧光信号处理单元对弧光信号进行放大和滤波处理，得到弧光预处理信号；

S5、通过弧压检测单元采集电压信号和电流信号，并通过弧压信号处理单元对电压信号和电流信号进行处理，得到预处理的弧压和电流信号；

S6、通过电弧拍摄单元采集电弧图像数据，得到RGB图像数据；

S7、采用电弧图像处理单元将原RGB图像数据进行空间转换，得到预处理的RGB图像数据；

步骤S7包括以下步骤：

S71、采用电弧图像处理单元将原RGB图像数据中的S分量和L分量采用中值滤波和圆形均值滤波混合滤波的方法进行处理，采用正弦函数法处理H分量，转换到HSL彩色空间；

S72、将HSL彩色空间转换为RGB空间，得到预处理的RGB图像数据。

S8、采用主成分分析法对预处理的RGB图像数据进行处理，得到主成分特征数据；

S9、通过控制子系统对加窗声音信号、弧光预处理信号、预处理的弧压和电流信号和主成分特征数据进行处理，并驱动报警子系统执行指令。

步骤S9中在控制子系统中对数据进行处理的过程包括以下步骤：

S901、计算加窗声音信号的短时平均能量，确定电弧能量系数；

表一电弧能量系数对照表

S902、根据弧光预处理信号的电压值，确定电弧光系数；

表二电弧光系数对照表

电压值	0-1V	1-4V
			电弧光系数ζ	0	1

S903、将预处理的弧压和电流信号进行VMD分解，得到VMD分解电流信号和VMD分解电压信号；

S904、根据VMD分解电流信号和VMD分解电压信号，确定电弧电压系数和电弧电流系数；计算当前电流信号与VMD分解电流信号的标准差A1，计算当前弧压信号与VMD分解电压信号的标准差B1；

表三电弧电压系数和电弧电流系数对照表

标准差A1	<3	>3
			标准差B1	<3	>3
电弧电压系数μ	0	1
			电弧电流系数ι	0	1

S905、计算主成分特征数据的单个像素的灰度值；

L＝12[max(r,g,b)+min(r,g,b)]

其中，L为灰度值，r、g、b分别为RGB图像数据三个彩色通道的分量矩阵。

S906、根据单个像素的灰度值，采用Niblack算法动态确定亮度总值G；

S907、根据亮度总值G，确定电弧亮度系数；

表四电弧亮度系数对照表

亮度总值G	G<2	2≤G<5	G≥5
				电弧亮度系数λ	0	0.8	1

S908、将真空电弧弧柱区的灰度值沿纵向积分，得到不同时刻电弧的位置信息和强度信息；

S909、将电弧的位置信息和强度信息与中央数据库对比，确定电弧发生类型；

表五电弧发生类型对照表

电弧的发生类型	备注
		A	受电弓升降弓电弧
B	受电弓通过接触网电气分段电弧
		C	受电弓偶然电弧(由接触线异物、安装缺陷所致)
D	未发生电弧

S910、计算燃弧率和总燃弧率，确定电弧燃弧时间系数；

步骤S910中燃弧率的计算公式为：

其中，NQ为燃弧率，t_arc为持续大于5ms的燃弧的持续时间，t_total为测量电流超过标称的30％的时间；

总燃弧率的计算公式为：

其中，AQ为总燃弧率，t_vla为可见光燃弧持续时间。

表六NQ和AQ对照表

其中，v为列车运行速度，AQ或NQ符合表六的条件，则电弧燃弧时间系数η取0，不符合，则电弧燃弧时间系数η取1。

S911、计算电弧直径R，确定电弧直径系数；用电弧直径的变化率来表示真空电弧的扩散过程。

表七电弧直径系数对照表

电弧直径	0	0≤R≤20	20＜R
				电弧直径系数σ	0	0.8	1

S912、根据电弧能量系数、电弧光系数、电弧电压系数、电弧电流系数、电弧亮度系数、电弧燃弧时间系数和电弧直径系数计算接触线的损耗和受电弓滑板材料的损耗；

步骤S912中接触线的损耗和受电弓滑板材料的损耗的计算公式为：

K＝α₁E+α₂ζ+α₃μ+α₄ι+α₅λ+α₆η+α₇σ

M＝α₁E+α₂ζ+α₃μ+α₄ι+α₅λ+α₆η+α₇σ

其中，K为接触线的损耗，M为受电弓滑板材料的损耗，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇为比例系数，E为电弧能量系数，ζ为电弧光系数，μ为电弧电压系数，ι为电弧电流系数，λ为电弧亮度系数，η为电弧燃弧时间系数，σ为电弧直径系数。

表八比例系数

	α<sub>1</sub>	α<sub>2</sub>	α<sub>3</sub>	α<sub>4</sub>	α<sub>5</sub>	α<sub>6</sub>	α<sub>7</sub>
								取值	0.255	0.038	0.146	0.173	0.085	0.202	0.101

S913、根据接触线的损耗或受电弓滑板材料的损耗判断设备的安全等级；

表九设备安全等级

其中，Δ为滑板与接触线的质量系数。

S914、根据设备的安全等级和电弧发生类型，触发报警子系统报警。

若电弧发生类型为C，则触发报警；若设备安全等级为A^*，则触发报警。其余情况均不触发报警。

本发明的有益效果为：本发明设计了一种基于电弧声光压的综合检测系统及方法，通过弧声检测单元、弧光检测单元、弧压检测单元和电弧拍摄单元对电弧进行多参数测量，对数据进行综合分析处理及评估，综合判断得出多个电弧运行参数，确定接触线与受电弓滑板材料的损耗系数，与原有电弧检测方法相比，具有可靠性高、功能全面的特点，解决了单个检测方式有一定的局限性，受到外界因素的干扰较大，误报严重的问题。本发明检测手段灵活、检测数据精确，通过对三种检测方式的综合应用，能够更加真实、准确地反应电弧的发生情况，从而对设备的更换做出指导。

Claims (8)

1.一种基于电弧声光压的综合检测系统，其特征在于，包括：检测子系统、信号处理子系统、控制子系统和报警子系统；

所述信号处理子系统分别与检测子系统和控制子系统连接；

所述控制子系统与报警子系统连接；

基于电弧声光压的综合检测方法，包括以下步骤：

A1、通过弧声检测单元采集弧声信号；

A2、采用弧声信号处理单元对弧声信号进行采样处理，并通过一阶FIR高通数字滤波器对采样后的弧声信号进行预加重处理和加窗处理，得到加窗声音信号；

A3、通过弧光检测单元采集弧光信号；

A4、采用弧光信号处理单元对弧光信号进行放大和滤波处理，得到弧光预处理信号；

A5、通过弧压检测单元采集电压信号和电流信号，并通过弧压信号处理单元对电压信号和电流信号进行处理，得到预处理的弧压和电流信号；

A6、通过电弧拍摄单元采集电弧图像数据，得到RGB图像数据；

A7、采用电弧图像处理单元将原RGB图像数据进行空间转换，得到预处理的RGB图像数据；

A8、采用主成分分析法对预处理的RGB图像数据进行处理，得到主成分特征数据；

A9、通过控制子系统对加窗声音信号、弧光预处理信号、预处理的弧压和电流信号和主成分特征数据进行处理，并驱动报警子系统执行指令；

所述步骤A9中在控制子系统中对数据进行处理的过程包括以下步骤：

A901、计算加窗声音信号的短时平均能量，确定电弧能量系数；

A902、根据弧光预处理信号的电压值，确定电弧光系数；

A903、将预处理的弧压和电流信号进行VMD分解，得到VMD分解电流信号和VMD分解电压信号；

A904、根据VMD分解电流信号和VMD分解电压信号，确定电弧电压系数和电弧电流系数；

A905、计算主成分特征数据的单个像素的灰度值；

A906、根据单个像素的灰度值，采用Niblack算法动态确定亮度总值；

A907、根据亮度总值，确定电弧亮度系数；

A908、将真空电弧弧柱区的灰度值沿纵向积分，得到不同时刻电弧的位置信息和强度信息；

A909、将电弧的位置信息和强度信息与中央数据库对比，确定电弧发生类型；

A910、计算燃弧率和总燃弧率，确定电弧燃弧时间系数；

A911、计算电弧直径，确定电弧直径系数；

A912、根据电弧能量系数、电弧光系数、电弧电压系数、电弧电流系数、电弧亮度系数、电弧燃弧时间系数和电弧直径系数计算接触线的损耗和受电弓滑板材料的损耗；

A913、根据接触线的损耗或受电弓滑板材料的损耗判断设备的安全等级；

A914、根据设备的安全等级和电弧发生类型，触发报警子系统报警。

2.根据权利要求1所述的基于电弧声光压的综合检测系统，其特征在于，所述检测子系统包括：弧声检测单元、弧压检测单元、弧光检测单元和电弧拍摄单元；

所述信号处理子系统分别与弧声检测单元、弧压检测单元、弧光检测单元和电弧拍摄单元通信连接；

所述弧光检测单元采用紫外光电传感器；

所述弧声检测单元包括声音传感器；

所述弧压检测单元包括：阻容分压器和电流钳。

3.根据权利要求2所述的基于电弧声光压的综合检测系统，其特征在于，所述信号处理子系统包括：弧声信号处理单元、弧光信号处理单元、弧压信号处理单元和电弧图像处理单元；

所述弧声检测单元与弧声信号处理单元连接；

所述弧压检测单元与弧压信号处理单元连接；

所述弧光检测单元与弧光信号处理单元连接；

所述电弧拍摄单元与电弧图像处理单元连接；

所述控制子系统分别与弧声信号处理单元、弧光信号处理单元、弧压信号处理单元和电弧图像处理单元连接。

4.根据权利要求3所述的基于电弧声光压的综合检测系统，其特征在于，所述弧光信号处理单元包括：放大电路和滤波电路；

所述放大电路包括：电阻R₃、三极管Q₁、电阻R_f2、三极管Q_2A、电阻R_cc、电阻R₄、三极管Q_2B、电阻R₁、电阻R_f1、电阻R₂、接地电阻R_e1、接地电阻R_e2、接地电容C₁和接地电容C₂；

所述电阻R₃的一端作为放大电路的Vin端，其另一端分别与三极管Q₁的基极和电阻R_f1的一端连接；

所述三极管Q₁的发射极分别与接地电阻R_e1和接地电容C₁连接，其三极管Q₁的集电极分别与电阻R_f2的一端和三极管Q_2A的基极连接；

所述三极管Q_2A的集电极与电阻R_cc的一端连接，其发射极分别与电阻R₁的一端和三极管Q_2B的基极连接；

所述电阻R_f1的另一端分别与电阻R₁的另一端和电阻R₂的一端连接；

所述三极管Q_2B的集电极分别与电阻R_f2的另一端和电阻R₄的一端连接，其发射极分别与电阻R₂的另一端、接地电阻R_e2和接地电容C₂连接；

所述电阻R₄的另一端作为放大电路的Vout端；

所述电阻R_cc的另一端作为放大电路的供电端；

所述滤波电路包括：接地电阻R₅、电感L₁、接地电容C₃、电容C₄、电感L₂、电容C₅、电容C₆、电感L₃、接地电容C₁₀、电容C₇、电感L₄、电容C₈、电容C₉和接地电阻R₆；

所述电感L₂的一端分别与接地电阻R₅、电感L₁的一端、电容C₄的一端和电容C₅的一端连接，其另一端与电容C₆的一端连接；

所述电感L₁的另一端分别与电容C₄的另一端和接地电容C₃连接；

所述电容C₆的另一端分别与电容C₅的另一端、电感L₃的一端、电容C₇的一端、电感L₄的一端和电容C₈的一端连接；

所述电感L₃的另一端分别与接地电容C₁₀和电容C₇的另一端连接；

所述电感L₄的另一端与电容C₉的一端连接；

所述电容C₉的另一端分别与电容C₈的另一端和接地电阻R₆连接，并作为滤波电路的Vout端；

所述放大电路的Vin端与弧声检测单元连接，其Vout端与滤波电路的Vin端连接；

所述滤波电路的Vout端与控制子系统连接。

5.一种基于电弧声光压的综合检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过弧声检测单元采集弧声信号；

S2、采用弧声信号处理单元对弧声信号进行采样处理，并通过一阶FIR高通数字滤波器对采样后的弧声信号进行预加重处理和加窗处理，得到加窗声音信号；

S3、通过弧光检测单元采集弧光信号；

S4、采用弧光信号处理单元对弧光信号进行放大和滤波处理，得到弧光预处理信号；

S5、通过弧压检测单元采集电压信号和电流信号，并通过弧压信号处理单元对电压信号和电流信号进行处理，得到预处理的弧压和电流信号；

S6、通过电弧拍摄单元采集电弧图像数据，得到RGB图像数据；

S7、采用电弧图像处理单元将原RGB图像数据进行空间转换，得到预处理的RGB图像数据；

S8、采用主成分分析法对预处理的RGB图像数据进行处理，得到主成分特征数据；

S9、通过控制子系统对加窗声音信号、弧光预处理信号、预处理的弧压和电流信号和主成分特征数据进行处理，并驱动报警子系统执行指令；

所述步骤S9中在控制子系统中对数据进行处理的过程包括以下步骤：

S901、计算加窗声音信号的短时平均能量，确定电弧能量系数；

S902、根据弧光预处理信号的电压值，确定电弧光系数；

S903、将预处理的弧压和电流信号进行VMD分解，得到VMD分解电流信号和VMD分解电压信号；

S904、根据VMD分解电流信号和VMD分解电压信号，确定电弧电压系数和电弧电流系数；

S905、计算主成分特征数据的单个像素的灰度值；

S906、根据单个像素的灰度值，采用Niblack算法动态确定亮度总值；

S907、根据亮度总值，确定电弧亮度系数；

S908、将真空电弧弧柱区的灰度值沿纵向积分，得到不同时刻电弧的位置信息和强度信息；

S909、将电弧的位置信息和强度信息与中央数据库对比，确定电弧发生类型；

S910、计算燃弧率和总燃弧率，确定电弧燃弧时间系数；

S911、计算电弧直径，确定电弧直径系数；

S912、根据电弧能量系数、电弧光系数、电弧电压系数、电弧电流系数、电弧亮度系数、电弧燃弧时间系数和电弧直径系数计算接触线的损耗和受电弓滑板材料的损耗；

S913、根据接触线的损耗或受电弓滑板材料的损耗判断设备的安全等级；

S914、根据设备的安全等级和电弧发生类型，触发报警子系统报警。

6.根据权利要求5所述的基于电弧声光压的综合检测方法，其特征在于，所述步骤S7包括以下步骤：

S71、采用电弧图像处理单元将原RGB图像数据中的S分量和L分量采用中值滤波和圆形均值滤波混合滤波的方法进行处理，采用正弦函数法处理H分量，转换到HSL彩色空间；

S72、将HSL彩色空间转换为RGB空间，得到预处理的RGB图像数据。

7.根据权利要求5所述的基于电弧声光压的综合检测方法，其特征在于，所述步骤S910中燃弧率的计算公式为：

其中，NQ为燃弧率，t_arc为持续大于5ms的燃弧的持续时间，t_total为测量电流超过标称的30％的时间；

总燃弧率的计算公式为：

其中，AQ为总燃弧率，t_vla为可见光燃弧持续时间。

8.根据权利要求5所述的基于电弧声光压的综合检测方法，其特征在于，所述步骤S912中接触线的损耗和受电弓滑板材料的损耗的计算公式为：

K＝α₁E+α₂ζ+α₃μ+α₄ι+α₅λ+α₆η+α₇σ

M＝α₁E+α₂ζ+α₃μ+α₄ι+α₅λ+α₆η+α₇σ

其中，K为接触线的损耗，M为受电弓滑板材料的损耗，α₁、α₂、α₃、α₄、α₅、α₆、α₇为比例系数，E为电弧能量系数，ζ为电弧光系数，μ为电弧电压系数，ι为电弧电流系数，λ为电弧亮度系数，η为电弧燃弧时间系数，σ为电弧直径系数。

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