技术特征：
1.一种基于音频的水工隧洞运行期空蚀空化实时监测方法，其特征在于，包括：声学传感器用于采集所述声学传感器所在位置的水工隧洞内的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号；数据采集仪用于将所述电信号转换为数字信号，所述声学传感器通过水工光缆与所述数据采集仪连接；所述数据采集仪将所述数字信号输入服务器；所述服务器根据所述数字信号和水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声学传感器安装于水工隧洞内易发生空化空蚀破坏的位置的隧洞顶部，所述水工隧洞内易发生空化空蚀破坏的位置包括下述多个位置中的任一个或多个位置：水工隧洞补气坎上游设定距离处、水工隧洞渐变段首末端和水工隧洞渥奇段处。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务器根据所述数字信号和水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化，包括：所述服务器根据自适应滤波器去除所述数字信号的背景噪音，获得目标信号；所述服务器计算所述目标信号的噪声频谱特征；所述服务器根据所述目标信号的噪声频谱特征和所述水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述服务器根据所述目标信号的噪声频谱特征和所述水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化，包括：当所述目标信号的噪声频率小于所述水工隧洞空蚀空化的噪声频率时，确定所述声学传感器所在的位置没有发生空蚀空化；或者，当所述目标信号的噪声频率大于或者等于所述水工隧洞空蚀空化的噪声频率时，确定所述声学传感器所在的位置发生空蚀空化。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述服务器根据所述目标信号的噪声频谱特征和所述水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化，包括：定义平均相似度其中，a，b为噪声特征频段上下限，n为频段内频率数，|x
n
|为目标信号在特征频段内不同频率对应的能量值，|x
n’|为噪声信号在特征频段内不同频率对应的能量值，a空为所述水工隧洞发生空化空蚀破坏的临界相似度；当时，确定所述声学传感器所在的位置没有发生空蚀空化；或者，当时，确定所述声学传感器所在的位置发生空蚀空化。6.一种监测水工隧洞空蚀空化的系统，其特征在于，包括：多个声学传感器，数据采集仪和服务器，
其中，所述声学传感器用于采集所述声学传感器所在位置的水工隧洞内的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号；所述数据采集仪用于将所述电信号转换为数字信号，所述数据采集仪将所述数字信号输入所述服务器，所述声学传感器通过水工光缆与所述数据采集仪连接；所述服务器根据所述数字信号和水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述声学传感器安装于水工隧洞内易发生空化空蚀破坏的位置的隧洞顶部，所述水工隧洞内易发生空化空蚀破坏的位置包括下述多个位置中的任一个或多个位置：水工隧洞补气坎上游设定距离处、水工隧洞渐变段首末端和水工隧洞渥奇段处。8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述服务器根据所述数字信号和水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化，包括：所述服务器根据自适应滤波器去除所述数字信号的背景噪音，获得目标信号；所述服务器计算所述目标信号的噪声频谱特征；所述服务器根据所述目标信号的噪声频谱特征和所述水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化。9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述服务器根据所述目标信号的噪声频谱特征和所述水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化，包括：当所述目标信号的噪声频率小于所述水工隧洞空蚀空化的噪声频率时，确定所述声学传感器所在的位置没有发生空蚀空化；或者，当所述目标信号的噪声频率大于或者等于所述水工隧洞空蚀空化的噪声频率时，确定所述声学传感器所在的位置发生空蚀空化。10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述服务器根据所述目标信号的噪声频谱特征和所述水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化，包括：定义平均相似度其中，a，b为噪声特征频段上下限，n为频段内频率数，|x
n
|为目标信号在特征频段内不同频率对应的能量值，|x’n
|为噪声信号在特征频段内不同频率对应的能量值，a空为所述水工隧洞发生空化空蚀破坏的临界相似度；当时，确定所述声学传感器所在的位置没有发生空蚀空化；或者，当时，确定所述声学传感器所在的位置发生空蚀空化。
技术总结
本申请提供了一种基于音频的水工隧洞运行期空蚀空化实时监测方法和系统，能够实时监测水工隧洞内的音频信号，及时识别空化空蚀破坏的发生，保证水工隧洞的结构安全，保障水利枢纽的长期安全运行。所述方法包括：声学传感器用于采集所述声学传感器所在位置的水工隧洞内的声音信号，并将所述声音信号转化为电信号；数据采集仪用于将所述电信号转换为数字信号，所述声学传感器通过水工光缆与所述数据采集仪连接；所述数据采集仪将所述数字信号输入服务器；所述服务器根据所述数字信号和水工隧洞空蚀空化的噪声频谱特征，确定所述声学传感器所在的位置是否发生空蚀空化。器所在的位置是否发生空蚀空化。器所在的位置是否发生空蚀空化。
技术研发人员：庞博慧 陈浩东 迟福东 梁超 曹学兴 刘昉 谭彬 姚烨
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2021.08.26
技术公布日：2022/1/11