[0040] 本实用新型的核心是提供一种电气设备的运行状态监测装置，可以有效地进行电气设备的运行状态监测，提高了检测精度，也不容易影响电器设备正常使用。
[0041] 为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0042] 请参考图1，图1为本实用新型中一种电气设备的运行状态监测装置的结构示意图，该电气设备的运行状态监测装置可以包括：
[0043] 用于采集电气设备的声音信息的声音信息采集装置10；
[0044] 用于采集电气设备的振动信息的振动信息采集装置20；
[0045] 用于采集电气设备的工作电流的电流互感器30；
[0046] 包括电极的用于采集电气设备的工作电压的电压采集装置40，电极与电气设备的电源线之间形成耦合电容；
[0047] 与声音信息采集装置10，振动信息采集装置20，电流互感器30以及电压采集装置40均连接，用于基于声音信息，振动信息，工作电流以及工作电压进行电气设备的运行状态监测的处理器50。
[0048] 具体的，本申请的方案中，通过声音信息采集装置10采集电气设备的声音信息，声音信息采集装置10中可以包括一个声音传感器，也可以包括由多个声音传感器构成的声音传感器阵列，根据实际需要进行选取即可。各个声音传感器的位置可以根据具体的电气设备类型进行设置和调整，可以理解的是，应当设置在便于进行电气设备工作时发出的声音的采集，且不容易受到环境噪音干扰的位置。声音传感器采集的是电气设备工作时发出的声音，即使声音传感器损坏，也不会对电气设备的电路造成影响，即实现了电气设备的声音信息的非侵入式采集。
[0049] 本申请通过振动信息采集装置20采集电气设备的振动信息，同样的，振动信息采集装置20中可以包括一个振动传感器，也可以包括由多个振动传感器构成的振动传感器阵列，根据实际需要进行选取即可。各个振动传感器的位置可以根据具体的电气设备类型进行设置和调整，例如，可以选取电气设备的外壳这样的位置，可以方便地进行电气设备工作时的振动信息的采集。振动传感器采集的是电气设备的振动信息，即使振动传感器损坏，也不会对电气设备的电路造成影响，即实现了电气设备的振动信息的非侵入式采集。
[0050] 本申请在采集电气设备的工作电流时，是基于电流互感器30进行采集，电流互感器30与电气设备的电路并没有直接的接触，因此，即使电流互感器30损坏，也不会对电气设备的电路造成影响，即实现了电气设备的工作电流的非侵入式采集。
[0051] 本申请的电压采集装置40中包括设置在预定位置的电极，该电极通常为敏感电极，电极可以与电气设备的电源线之间形成耦合电容，如果电气设备的电源线的电压变化，会使得该耦合电容的电压值改变，因此电极的电压会发生相应的变化，电压采集装置40通过检测电极上的电压，便可以确定出当前的电气设备的工作电压。电极与电气设备的电路并没有直接的接触，因此，即使电压采集装置40损坏，也不会对电气设备的电路造成影响，即实现了电气设备的工作电压的非侵入式采集。
[0052] 本申请对电气设备进行运行状态监测时，不仅是采集了电气设备的工作电流以及工作电压，还采集了电气设备的声音信息，振动信息，从可以可以更精确，快速的确定出电气设备的运行情况。例如在一些场合中，电气设备发生了异常，从工作电流以及工作电压上并不能体现，但是从振动情况上可以明确地确定出电气设备的运行异常。
[0053] 处理器50在基于声音信息，振动信息，工作电流以及工作电压进行电气设备的运行状态监测时，具体的监测方式可以根据实际需要进行设定，例如一种较为方便的方式便是设置各项信息相应的故障区间以及正常区间，从而区分出各项信息是否正常，并且当异常的信息项达到指定数量时，确定出电气设备运行状态异常。又如，除了单项分别检测之外，还可以将两项或者多项进行结合实现检测，例如通过工作电流和工作电压，进行功率以及相位是否异常的判断。
[0054] 在本实用新型的一种具体实施方式中，处理器50可以具体用于：
[0055] 基于声音信息确定出电气设备的运行状态声强有效值；
[0056] 基于振动信息确定出电气设备的运行状态振幅有效值；
[0057] 基于工作电流确定出电气设备的电流有效值；
[0058] 基于工作电压确定出电气设备的电压有效值；
[0059] 基于工作电流和工作电压确定出电气设备的电压电流相位差；
[0060] 基于运行状态声强有效值，运行状态振幅有效值，电流有效值，电压有效值以及电压电流相位差进行电气设备的运行状态监测。
[0061] 该种实施方式中，考虑到通过运行状态声强有效值，运行状态振幅有效值，电流有效值，电压有效值以及电压电流相位差，通常可以较为快速，准确地确定出电气设备的运行状态情况，因此，可以基于这5项进行电气设备的运行状态监测。
[0062] 进一步的，基于运行状态声强有效值，运行状态振幅有效值，电流有效值，电压有效值以及电压电流相位差进行电气设备的运行状态监测，可以具体包括：
[0063] 判断预设的5项故障条件是否至少有一项成立，其中，预设的5项故障条件包括：运行状态声强有效值符合预设的故障声音范围，运行状态振幅有效值符合预设的故障振幅范围，电流有效值符合预设的故障电流范围，电压有效值符合预设的故障电压范围，电压电流相位差不等于0；
[0064] 如果是，则确定出电气设备的运行状态监测结果为电气设备故障；
[0065] 如果否，则确定出电气设备的运行状态监测结果为电气设备未故障。
[0066] 该种实施方式中，针对运行状态声强有效值，运行状态振幅有效值，电流有效值，电压有效值以及电压电流相位差，分别进行判断，即确定各项是否在相应的故障范围内，从而确定出电气设备的运行状态监测结果，这样的实施方式计算量较少，便于进行方案的实施，也有利于保障电气设备的运行状态监测结果的实时性。
[0067] 在本实用新型的一种具体实施方式中，考虑到声音信息采集装置10中通常包括多个声音传感器，且不同传感器的位置，精确度都不同，因此，基于声音信息确定出电气设备的运行状态声强有效值的操作，可以具体包括：
[0068] 通过 确定出电气设备在t时刻的运行状态声强有效值，并且按照第一周期进行更新；
[0069] 其中，n1表示声音信息采集装置10中包括的声音传感器的数量，αi∈[0,1],(i＝1，2，n1)表示对应于第i个声音传感器的权重配置值，Psi(i＝1，2，n1)表示第i个声音传感器在t时刻采集到的电气设备的运行状态声强测量值，PSRMS(t)表示电气设备在t时刻的运行状态声强有效值。
[0070] α1至αn1的数值可以预先设定，通常，声音传感器的感知精度越高，对应的权重配置值越大，当然，其他具体场合中，还可以设置有其他的影响权重配置值的因素，例如声音传感器的位置。第一周期的具体取值也可以根据需要进行设定。
[0071] 该种实施方式中，使得声音信息采集装置10中的各个声音传感器都能够对运行状态声强有效值造成影响，同时，通过权重配置值的设置，又可以使得不同的声音传感器对于运行状态声强有效值造成的影响程度不同，有利于使得得到的运行状态声强有效值更为准确。
[0072] 在本实用新型的一种具体实施方式中，基于振动信息确定出电气设备的运行状态振幅有效值，可以具体包括：
[0073] 通过 确定出电气设备在t时刻的运行状态振幅有效值，并且按照第二周期进行更新；
[0074] 其中，n2表示振动信息采集装置20中包括的振动传感器的数量，βj∈[0,1],(j＝1，2，n2)表示对应于第j个振动传感器的权重配置值，Asj(j＝1，2，n2)表示第j个振动传感器在t时刻采集到的电气设备的运行状态振幅测量值，ASRMS(t)表示电气设备在t时刻的运行状态振幅有效值。
[0075] 与声音同理，该种实施方式中，β1至βn2的数值可以预先设定，通常，振动传感器的感知精度越高，对应的权重配置值可以设置地越大，当然，其他具体场合中，也可以设置有其他的影响权重配置值的因素。
[0076] 振动信息采集装置20中的各个振动传感器都能够对运行状态振幅有效值造成影响，同时，通过权重配置值的设置，又可以使得不同的振动传感器对于运行状态振幅有效值造成的影响程度不同，有利于使得得到的运行状态振幅有效值更为准确。
[0077] 此外，电流有效值可以通过 进行计算，Im(t)和I(t)分别表示t时刻的电流峰值和电流有效值。电压有效值可以通过 进行计算，Um(t)和U(t)分别表示t时刻的电压峰值和电压有效值。电压电流相位差可以通过Δφ(t)＝Δu(t)‑Δi(t)进行计算，Δu(t)和Δi(t)分别表示t时刻的电压相位和电流相位，Δφ(t)则表示t时刻的电压与电流的相位差。
[0078] 前述实施方式中，可以确定出电气设备的运行状态是否发生故障，进一步的，该种实施方式中，考虑到在有些情况下，电气设备的运行状态未发生故障，但是电气设备处于轻微异常或者处于行将故障的阶段，并且可以反映在电气设备的状态监测数据上，因此，在本实用新型的一种具体实施方式中，在确定出电气设备的运行状态监测结果为电气设备未故障之后，还可以包括：
[0079] 判断预设的4项预警条件是否至少有一项成立，其中，预设的4项预警条件包括：运行状态声强有效值符合预设的预警声音范围，运行状态振幅有效值符合预设的预警振幅范围，电流有效值符合预设的预警电流范围，电压有效值符合预设的预警电压范围；
[0080] 如果是，则确定出电气设备的运行状态监测结果为电气设备未故障且存在预警信息。
[0081] 该种实施方式中，通过运行状态声强有效值，运行状态振幅有效值，电流有效值以及电压有效值就可以方便地进行电气设备的运行预警，进一步地保障了电气设备的安全运行，及早发现隐患，且实施很方便。
[0082] 预警声音范围，预警振幅范围，预警电流范围，预警电压范围以及前述实施方式中的故障声音范围，故障振幅范围，故障电流范围，故障电压范围，均可以根据实际情况进行设定和调整。
[0083] 例如在本实用新型的一种具体实施方式中，运行状态声强有效值PSRMS(t)的数值在区间[0，PSRMS_MAX]时，说明当前的运行状态声强有效值PSRMS(t)是正常的，而在区间(PSRMS_MAX，2PSRMS_MAX]时，说明当前的运行状态声强有效值PSRMS(t)符合预警声音范围，而在区间(2PSRMS_MAX，+∞)时，说明当前的运行状态声强有效值PSRMS(t)符合故障声音范围。
[0084] PSRMS_MAX为预设值，通常，可以将电气设备在工作状态时的声音传感器可测得的最大噪声值，作为PSRMS_MAX的取值。当然，其他实施方式中，还可以根据需要进行该数值的调整。
[0085] 运行状态振幅有效值ASRMS(t)的数值在区间[0，ASRMS_MAX]时，说明当前的运行状态振幅有效值ASRMS(t)是正常的，而在区间(PSRMS_MAX，2PSRMS_MAX]时，说明当前的运行状态振幅有效值ASRMS(t)符合预警振幅音范围，而在区间(2ASRMS_MAX，+∞)时，说明当前的运行状态振幅有效值ASRMS(t)符合故障振动范围。
[0086] ASRMS_MAX为预设值，通常，可以将电气设备在工作状态时的振动传感器可测得的最大振幅值，作为ASRMS_MAX的取值。当然，其他实施方式中，还可以根据需要进行该数值的调整。
[0087] 电流有效值I(t)的数值在区间[IMIN，IMAX]时，说明当前的电流有效值I(t)是正常的，而在区间[0，IMIN)或者区间(IMAX，1.1IMAX)时，说明当前的电流有效值I(t)符合预警电流范围，而在区间[1.1IMAX，+∞)时，说明当前的电流有效值I(t)符合故障电流范围。
[0088] IMIN和IMAX均为预设值，通常，可以将电气设备在工作状态时的最小工作电流作为IMIN的取值，将电气设备在工作状态时的最大工作电流作为IMAX的取值。当然，其他实施方式中，还可以根据需要进行这两个数值的调整。
[0089] 电压有效值U(t)的数值在区间[UMIN，UMAX]时，说明当前的电压有效值U(t)是正常的，而在区间[0，UMIN)或者区间(UMAX，1.1UMAX)时，说明当前的电压有效值U(t)符合预警电压范围，而在区间[1.1UMAX，+∞)时，说明当前的电压有效值U(t)符合故障电压范围。
[0090] UMIN和UMAX均为预设值，通常，可以将电气设备在工作状态时的最小工作电压作为UMIN的取值，将电气设备在工作状态时的最大工作电压作为UMAX的取值。当然，其他实施方式中，还可以根据需要进行这两个数值的调整。
[0091] 在本实用新型的一种具体实施方式中，可参阅图2，还可以包括：
[0092] 开关控制电路61，并且开关控制电路61的第一通道的输入端，第二通道的输入端，第三通道的输入端以及第四通道的输入端分别与声音信息采集装置10，振动信息采集装置20，电流互感器30以及电压采集装置40连接；开关控制电路61的第一通道的输出端，第二通道的输出端，第三通道的输出端以及第四通道的输出端均与处理器50连接；
[0093] 用于控制开关控制电路61各个通道各自的通断状态的通道选择装置62，以使处理器50基于当前接收到的数据进行电气设备的运行状态监测。
[0094] 通道选择装置62可以控制开关控制电路61各个通道各自的通断状态，通常，可以选取按键，按钮以及相应的电路来实现通道选择装置62，在图2中，通道选择装置62直接与开关控制电路61连接，进行开关控制电路61各个通道各自的通断状态的控制，在其他实施方式中，也可以是间接连接，只要能够实现本申请的通道选择装置62的目的即可。例如通道选择装置62可以与处理器50连接，再通过处理器50实现对于开关控制电路61各个通道各自的通断状态的控制，并不影响本实用新型的实施。
[0095] 该种实施方式中，是考虑到对于部分类型的电气设备，或者同一电气设备的部分模式下，可能不需要声音信息，振动信息，工作电流，工作电压，电压电流相位差中的一项或多项，便可以完成监测。因此，该种实施方式中，便通过开关控制电路61进行选择。
[0096] 在实际应用中，可以由用户或者工作人员决定开关控制电路61的具体状态。并且可以理解的是，当开关控制电路61的任一通道关断时，该通道对应的信息便不会传输到处理器50，例如声音信息采集装置10采集的声音信息不会传输到处理器50，说明不需要通过声音信息确定电气设备的运行状态，处理器50直接将声音信息视为正常即可，又如直接取消涉及到声音信息的相关判断即可。
[0097] 在本实用新型的一种具体实施方式中，还可以包括：
[0098] 与处理器50连接，用于将处理器50得到的电气设备的运行状态监测结果进行输出的信息输出装置70。信息输出装置70通常可以是显示装置，从而使得用户可以直观方便的看到电气设备的运行状态监测结果。电气设备的运行状态监测结果的具体项目内容，可以根据实际需要进行设定。
[0099] 此外，在在本实用新型的一种具体实施方式中，还可以设置有与处理器50连接，用于将处理器50得到的电气设备的运行状态监测结果进行存储的存储装置80，便于进行历史数据的提取以及分析等操作。
[0100] 在本实用新型的一种具体实施方式中，声音信息采集装置10包括：
[0101] n1个声音传感器，n1为正整数；
[0102] 分别与n1个声音传感器连接的n1个声音传递电路，且每个声音传递电路中均包括第一谐波吸收电路，恒流源提供电路以及有源高通滤波电路，以将声音传感器的输出进行放大滤波并传输至处理器50；
[0103] 可参阅图3a，为一种具体实施方式中的声音信息采集装置10中的声音传递电路的结构示意图，考虑到声音传感器采集的声音信号为高频信号，同时伴有高频噪声，因此该种实施方式中设置了有源高通滤波电路，从而将放大后的信号进行滤波，同时采用恒流源电路为放大电路提供静态偏置电流，提高输出的稳定性。第一谐波吸收电路则可以进行谐波吸收，也能起到滤波效果。
[0104] 在图3a中，接线端子P1的引脚1用于与声音传感器连接，引脚2则接地。第一电阻R1，第二电阻R2，第三电阻R3，第一可调电位器RT1，第一二极管D1，第二二极管D2，第三二极管D3，以及第一电容C1构成了第一谐波吸收电路。第二电容C2，第三电容C3，第四电容C4，第四电阻R4，第五电阻R5，第六电阻R6，第七电阻R7，第八电阻R8，第九电阻R9，第十电阻R10，第一运放OP1，第二运放OP2，以及第一电压基准芯片TL1构成了恒流源提供电路。第五电容C5，第七电容C7，第八电容C8，第九电容C9，第十四电阻R14，第十五电阻R15，第十六电阻R16，第三运放OP3构成了有源高通滤波电路。此外，由于声音传感器输出的是交流信号，因此图3a中设置了第六电容C6，第十一电阻R11，第十二电阻R12，第十三电阻R13，以及第二电压基准芯片TL2构成的直流电压偏置电路，从而提供偏置电压。
[0105] 在本实用新型的一种具体实施方式中，振动信息采集装置20包括：
[0106] n2个振动传感器，n2为正整数；
[0107] 分别与n2个振动传感器连接的n2个振动传递电路，且每个振动传递电路中均包括第二谐波吸收电路，第一信号放大电路以及有源带通滤波电路，以将振动传感器的输出进行放大滤波并传输至处理器50。
[0108] 可参阅图3b，为一种具体实施方式中的振动信息采集装置20中的振动传递电路的结构示意图，考虑到振动传感器采集的振动信号为幅值较低的中低频信号，因此该种实施方式中设置了第一信号放大电路以及有源带通滤波电路，从而将放大后的信号进行滤波，此外，第二谐波吸收电路可以进行谐波吸收，也能起到滤波效果。
[0109] 在图3b中，接线端子P2的引脚1用于与振动传感器连接，引脚2则接地。第十七电阻R17，第十八电阻R18，第十九电阻R19，第二可调电位器RT2，第四二极管D4，第五二极管D5，第六二极管D6，以及第十电容C10构成了第二谐波吸收电路。第二十电阻R20，第二十一电阻R21，第二十二电阻R22，第二十三电阻R23，第二十四电阻R24，第二十五电阻R25，第二十六电阻R26，第二十七电阻R27，第二十八电阻R28，第三运放OP4，第五运放OP5，第六运放OP6构成了第一信号放大电路。第十二电容C12，第十三电容C13，第十四电容C14，第十二极管D10，第十一二极管D11，第三十二电阻R32，第三十三电阻R33，第三十四电阻R34，第三十五电阻R35，第三十六电阻R36，第三十七电阻R37，第三十八电阻R38，第七运放OP7，第八运放OP8以及第九运放OP9构成了有源带通滤波电路。
[0110] 此外，图3b中还在第一信号放大电路与有源带通滤波电路之间设置了一个谐波吸收电路，以进一步的提高滤波效果。该谐波吸收电路由第七二极管D7，第八二极管D8，第九二极管D9，第二十九电阻R29，第三十电阻R30，第三十一九电阻R31以及第十一电容C11构成。
[0111] 在本实用新型的一种具体实施方式中，还可以包括：
[0112] 与电流互感器30以及处理器50连接的电流预处理电路，且电流预处理电路中包括第二信号放大电路以及第一有源低通滤波电路，以将电流互感器30的输出进行放大滤波并传输至处理器50。
[0113] 可参阅图3c，为一种具体实施方式中的电流预处理电路的结构示意图，在图3c中，接线端子P3的引脚1和引脚2均与电流互感器30连接，第十五电容C15，第十六电容C16，第三十九电阻R39，以及精密运算放大器INA构成第二信号放大电路。第四十电阻R40，第四十一电阻R41，第四十二电阻R42，第四十三电阻R43，第四十四电阻R44，第四十五电阻R45，第四十六电阻R46，第十七电容C17，第十八电容C18，第十九电容C19，第二十电容C20，第二十一电容C21，第十运放OP10，以及第十一运放OP11构成了2级的第一有源低通滤波电路。
[0114] 在本实用新型的一种具体实施方式中，电压采集装置40可以包括：
[0115] 电极，与电极连接的电压预处理电路，且电压预处理电路中包括第三信号放大电路以及第二有源低通滤波电路，以将电极的电压输出进行放大滤波并传输至处理器50。
[0116] 可参阅图3d，为一种具体实施方式中的电压采集装置40中的电压预处理电路的结构示意图，在图3d中，接线端子P4的引脚1用于与电极连接，引脚2则接地，第二十二电容C22，第二十三电容C23，第二十四电容C24，第四十七电阻R47，第四十八电阻R48，第四十九电阻R49，第五十电阻R50，第五十一电阻R51，第十二运放OP12，第十三运放OP13，第十四运放OP14，第三可调电位器RT3构成第三信号放大电路。第五十二电阻R52，第五十三电阻R53，第五十四电阻R54，第五十五电阻R55，第二十五电容C25，第二十六电容C26，第二十七电容C27，以及第十五运放OP15构成第二有源低通滤波电路。
[0117] 应用本实用新型实施例所提供的技术方案，并不是在入户端进行检测，而是针对具体的电气设备，设置了声音信息采集装置10。振动信息采集装置20，电流互感器30以及电压采集装置40，从而可以准确的进行该电气设备的运行状态监测。进一步的，本申请在进行电气设备的运行状态监测时，不仅设置了用于采集电气设备的工作电流的电流互感器30，和用于采集电气设备的工作电压的电压采集装置40，还设置了用于采集电气设备的声音信息的声音信息采集装置10，以及用于采集电气设备的振动信息的振动信息采集装置20。由于设置了声音信息采集装置10和振动信息采集装置20，有利于本申请进行更加准确的电气设备的运行状态监测，即提高了检测精度。进一步的，本申请采用的是非侵入式的检测方式，声音信息采集装置10和振动信息采集装置20都不与电气设备的电路直接接触，基于电流互感器30实现工作电流的采集，电压采集装置40则是基于与电气设备的电源线之间形成耦合电容的电极实现工作电压的采集，因此，电流互感器30和电压采集装置40也不与电气设备的电路直接接触，因此，也就不会出现传统方案中的降低检测精度以及影响电器设备正常使用的情况。综上所述，本申请的方案可以有效地进行电气设备的运行状态监测，提高了检测精度，也不容易影响电器设备正常使用。
[0118] 还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0119] 专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方式来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
[0120] 本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。
