一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构的制作方法

1.本发明涉及电力系统中的局部放电超声波信号检测技术领域，具体为一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构。


背景技术：

2.超声波检测技术由于成本低，使用方便，无噪声无光污染，所以被广泛应用于各个领域，例如距离的测量，医疗，倒车雷达以及一些电力系统局部放电信号的检测分析等。
3.电力系统中局部放电是一种复杂的物理过程，除了会产生电荷转移和电能损耗，还会在电力设备内部和周围空间产生电磁辐射、超声波、光、声、电等。这些伴随着局部放电产生的物理现象和化学变化可以为检测电力设备内部是否产生局部放电提供依据。根据检测原理和手段的不同，常用的局放检测方法有超声波法、特高频法、高频电流法等。
4.局部放电产生的产生波信号大多数情况下比较微弱，所以目前大多数超声波信号检测方法不仅无法做到对超声波信号强弱、幅值大小进行精确量化分析，而且漏检较微弱的信号情况时有发生，这就导致了运检人员在面对电力系统运行中产生的局部放电信号时，面临无法精准判断故障缺陷等级的情况，进一步导致无法制定准确的检修方案与计划。因此发明一种能够实现对电力系统局部放电超声波信号的分析处理、量化标定方法，实时监测局部放电超声波信号，实现对故障缺陷点的局部放电强弱进行一个准确判断，对于超过一定等级的故障缺陷及时组织人力进行检修，避免人员对故障缺陷发现不及时，造成的电力系统损坏及人员的损伤尤为重要。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构，
6.包括信号发射系统，所述信号发射系统电性连接信号采集系统，且信号采集系统电性连接信号处理系统，并且信号处理系统电性连接线性拟合系统；
7.其中，所述信号发射系统包括信号发生器、运算放大器和超声波发射探头；
8.所述信号采集系统包括超声波接收探头；
9.所述线性拟合系统包括信号测量和数据线性拟合。
10.优选的：所述信号发生器、运算放大器、超声波发射探头、超声波接收探头、信号处理、信号测量和数据线性拟合相互依次连接。
11.优选的：所述信号采集系统主要由芯片u8、超声波传感器c16、电容、电阻和电感组成，所述芯片u8脚1和脚4连接超声波传感器c16接口，所述u8脚1和脚4分别还连接电阻r9和电阻r8，所述芯片u8脚2和3串联连接电阻r11和电阻r13，所述芯片u8脚5连接电容c23、电容c27和电感l2，且电容c23、电容c27和电感l2并联，电感l2连接电源，所述芯片u8脚6连接电阻r1，所述芯片u8脚7连接电阻r2，且电阻r2连接电容c17和电容c21，并且容c17和电容c21并联，所述芯片u8脚8连接电容c12、电容c11和电感l1，且，所述电感l1连接电源。
12.优选的：所述电阻r1、电阻r9、电阻r8、电容c12、电容c11、电容c23和电容c27均接
地。
13.优选的：所述芯片u8采用ad8429芯片。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.本发明通过设备整体结构，能够实现对电力系统局部放电超声波信号的分析处理、量化标定方法，实时监测局部放电超声波信号，实现对故障缺陷点的局部放电强弱进行一个准确判断，对于超过一定等级的故障缺陷及时组织人力进行检修，避免人员对故障缺陷发现不及时，造成的电力系统损坏及人员的损伤；
16.且整体结构主要解决超声波传感器分析量化超声波信号时，在检测频带内如何将超声波信号强度反应在电路中的变化规律进行标准化的标定的问题，使超声波信号检测输出的结果更加精确可靠。
附图说明
17.图1为本发明系统功能图；
18.图2为本发明电路原理图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
20.请参阅图1-图2，一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构，
21.包括信号发射系统，所述信号发射系统电性连接信号采集系统，且信号采集系统电性连接信号处理系统，并且信号处理系统电性连接线性拟合系统；
22.其中，所述信号发射系统包括信号发生器、运算放大器和超声波发射探头；
23.所述信号采集系统包括超声波接收探头；
24.所述线性拟合系统包括信号测量和数据线性拟合。
25.所述信号发生器、运算放大器、超声波发射探头、超声波接收探头、信号处理、信号测量和数据线性拟合相互依次连接。
26.具体而言：首先是由超声波信号发生器模拟发射某频率超声波信号s，超声波信号s经由功率放大器放大后经超声波探头t发射，由间隔距离为l的超声波传感器的超声波探头r接收。
27.传感器内部信号处理电路设计包含了信号采集电路、一级放大电路、二级滤波放大电路、跟随器整流输出电路，由超声波传感器的超声波探头r接收的超声波信号s经过处理转换，信号幅值放大倍数为k。
28.超声波传感器内部电路中，通过测量信号转换后的电压，可以得到vs；再逐步调节模拟的超声波信号的幅值，可以得到不同幅值下对应的转换后的电压值vs，并一一对应记录不同等级的幅值对应的电信号的电压值。
29.由于超声波信号检测局限性及传感器内部电路芯片的功能受限性，将模拟的超声波信号幅值调节量程设置为min为1mv，max为100mv，步进5mv；将记录的数据，通过多项式拟
合得到超声波信号强度与超声波传感器电路转换电信号的对应关系，并进一步将对应关系推导至全量程。
30.将超声波传感器与超声波信号源的间距l与多项式拟合系数编写入到超声波传感器软件算法中即可对超声波信号进行全量程分析量化、精确标定。
31.所述信号采集系统主要由芯片u8、超声波传感器c16、电容、电阻和电感组成，所述芯片u8脚1和脚4连接超声波传感器c16接口，所述u8脚1和脚4分别还连接电阻r9和电阻r8，所述芯片u8脚2和3串联连接电阻r11和电阻r13，所述芯片u8脚5连接电容c23、电容c27和电感l2，且电容c23、电容c27和电感l2并联，电感l2连接电源，所述芯片u8脚6连接电阻r1，所述芯片u8脚7连接电阻r2，且电阻r2连接电容c17和电容c21，并且容c17和电容c21并联，所述芯片u8脚8连接电容c12、电容c11和电感l1，且，所述电感l1连接电源，所述电阻r1、电阻r9、电阻r8、电容c12、电容c11、电容c23和电容c27均接地，所述芯片u8采用ad8429芯片。
32.具体而言：整体结构核心内容由四部分构成：超声波信号模拟、超声波信号处理、超声波信号测量、超声波信号的标定。
33.由信号发生器模拟超声波信号，经功率放大器放大一定倍数后通过超声波发射探头出信号；超声波传感器采集探头采集到模拟的超声波信号后，经由内部电路转换成电信号；通过调节模拟的超声波信号的幅值，测量对应的电信号数值，将多组数值进行多项式拟合得到拟合结果，可以代入程序使用，传感器信号处理电路中包含差分输入、两级放大、跟随整流等信号模拟电路。
34.以上内容是结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的保护范围。

技术特征：
1.一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构，其特征在于：包括信号发射系统，所述信号发射系统电性连接信号采集系统，且信号采集系统电性连接信号处理系统，并且信号处理系统电性连接线性拟合系统；其中，所述信号发射系统包括信号发生器、运算放大器和超声波发射探头；所述信号采集系统包括超声波接收探头；所述线性拟合系统包括信号测量和数据线性拟合。2.根据权利要求1所述的一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构，其特征在于：所述信号发生器、运算放大器、超声波发射探头、超声波接收探头、信号处理、信号测量和数据线性拟合相互依次连接。3.根据权利要求1所述的一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构，其特征在于：所述信号采集系统主要由芯片u8、超声波传感器c16、电容、电阻和电感组成，所述芯片u8脚1和脚4连接超声波传感器c16接口，所述u8脚1和脚4分别还连接电阻r9和电阻r8，所述芯片u8脚2和3串联连接电阻r11和电阻r13，所述芯片u8脚5连接电容c23、电容c27和电感l2，且电容c23、电容c27和电感l2并联，电感l2连接电源，所述芯片u8脚6连接电阻r1，所述芯片u8脚7连接电阻r2，且电阻r2连接电容c17和电容c21，并且容c17和电容c21并联，所述芯片u8脚8连接电容c12、电容c11和电感l1，且，所述电感l1连接电源。4.根据权利要求3所述的一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构，其特征在于：所述电阻r1、电阻r9、电阻r8、电容c12、电容c11、电容c23和电容c27均接地。5.根据权利要求3所述的一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构，其特征在于：所述芯片u8采用ad8429芯片。

技术总结
本发明涉及电力系统中的局部放电超声波信号检测领域，具体为一种精确量化标定局部放电超声波传感器结构，包括信号发射系统，所述信号发射系统电性连接信号采集系统，且信号采集系统电性连接信号处理系统，并且信号处理系统电性连接线性拟合系统；其中，所述信号发射系统包括信号发生器、运算放大器和超声波发射探头；所述信号采集系统包括超声波接收探头；所述线性拟合系统包括信号测量和数据线性拟合。本发明通过设备整体结构，整体结构主要解决超声波传感器分析量化超声波信号时，在检测频带内如何将超声波信号强度反应在电路中的变化规律进行标准化的标定的问题，使超声波信号检测输出的结果更加精确可靠。号检测输出的结果更加精确可靠。号检测输出的结果更加精确可靠。


技术研发人员：崔飞飞 刘明鑫 贾克华 梁觉玺
受保护的技术使用者：郑州精铖智能技术有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/8/9