超声波传感器以及电容稳态在线检测系统及工作方法
【专利摘要】本发明涉及一种超声波传感器以及电容稳态在线检测系统及工作方法，包括：一体成型的腔体，该腔体内隔断有上、中、下层空腔，所述下层空腔内设有压电晶体单元，所述中层空腔内设有电源，所述上层空腔分割为左、右腔室，所述左腔室内设有信号处理单元，所述右腔室内设有温度补偿单元，所述压电晶体单元与温度补偿单元相连。本发明通过温度补偿单元对环境进行实时监控、调节，以使压电晶体单元的最佳工作状态；通过一体成型的腔体使超声波传感器内部各单元电路集成在一个狭小的空间内，提高了传感器的集成度。
【专利说明】超声波传感器以及电容稳态在线检测系统及工作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声波传感器，以及应用该超声波传感器的电容检测装置及工作方法。
【背景技术】
[0002]现阶段出现的超声波传感器大都采用压电晶体以及接收放大器组成，通常不关心对使用环境、工作温度和信号的处理，然而由于超声波的特性对温度等参数比较敏感以及后端信号干扰的放大，从而导致在现场测试时，信号驳杂难辨，增加了对电力电容器的缺陷的判断难度；并且，在电力电子领域，现有的电力电容器在线诊断技术集中于对电容量介质损耗角的测量检测结果滞后于故障的发生且检测结果并不理想。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种超声波传感器，该传感器解决了超声波传感器在环境温度、湿度变换较大时，其测量数据不准确的技术问题。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的提供了一种超声波传感器，包括:一体成型的腔体，该腔体内隔断有上、中、下层空腔，所述下层空腔内设有压电晶体单元，所述中层空腔内设有电源，所述上层空腔分割为左、右腔室，所述左腔室内设有信号处理单元，所述右腔室内设有温度补偿单元，所述压电晶体单元与温度补偿单元相连。
[0005]进一步，所述压电晶体单元还与信号处理单元相连，该信号处理单元包括:检波电路，与该检波电路相连的放大电路。
[0006]本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:(I)本发明通过温度补偿单元对环境进行实时监控、调节，以使压电晶体单元的最佳工作状态；(2)通过一体成型的腔体使超声波传感器内部各单元电路集成在一个狭小的空间内，提高了传感器的集成度。
[0007]在上述超声波传感器技术方案的技术上，本发明还提供了一种电容稳态在线检测系统，包括:安装有上述技术方案的超声波传感器，用于采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级Lpx。
[0008]高频电流传感器，用于采集电容两端的电压向量。
[0009]所述超声波传感器、高频电流传感器分别通过相应调理单元与数据处理控制单元相连。
[0010]所述数据处理控制单元，包括:
[0011 ] 电容叠加电压计算模块，适于将获得的电压向量分解出基波电压Utl (t)和η次谐波电压分量Un (t)，即，所述被测电容两端的叠加电压U (t)，即U (t) = U0 (t) +Un(t)，计算该叠加电压的有效值U，同时计算基波电压的有效值U0。
[0012]电容量计算模块，建立电容声压级数据库，该数据库中包括:各类型电容与仅有各基波的有效值对应的电容声压级；预设被测电容类型、额定电容量Ctl，根据被测电容类型及当前基波电压的有效值U0从所述电容声压级数据库获得相应电容声压级Lptl ;通过被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级Lpx，通过公式
【权利要求】
1.一种超声波传感器，其特征在于包括:一体成型的腔体，该腔体内隔断有上、中、下层空腔，所述下层空腔内设有压电晶体单元，所述中层空腔内设有电源，所述上层空腔分割为左、右腔室，所述左腔室内设有信号处理单元，所述右腔室内设有温度补偿单元，所述压电晶体单元与温度补偿单元相连。
2.根据权利要求1所述的超声波传感器，其特征在于:所述压电晶体单元还与信号处理单元相连，该信号处理单元包括:检波电路，与该检波电路相连的放大电路。
3.一种应用权利要求1所述超声波传感器的电容稳态在线检测系统，其特征在于，所述超声波传感器，用于采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级Lpx ； 所述电容稳态在线检测系统还包括: 高频电流传感器，用于采集电容两端的电压向量； 所述超声波传感器、高频电流传感器分别通过相应调理单元与数据处理控制单元相连； 所述数据处理控制单元，包括: 电容叠加电压计算模块，适于将获得的电压向量分解出基波电压Utl (t)和η次谐波电压分量un (t)，即，所述被测电容两端的叠加电压u (t)，即u (t) = U0 (t) +un (t)，计算该叠加电压的有效值U，同 时计算基波电压的有效值U0 ； 电容量计算模块，建立电容声压级数据库，该数据库中包括:各类型电容与仅有各基波的有效值对应的电容声压级；预设被测电容类型、额定电容量Ctl，根据被测电容类型及当前基波电压的有效值U0从所述电容声压级数据库获得相应电容声压级Lptl ;通过被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级Lpx，通过公式
4.根据权利要求3所述的电容稳态在线检测系统，其特征在于，所述η次谐波电压分量un(t)中 η 取 5。
5.一种电容稳态在线检测系统的工作方法，其特征在于，所述电容稳态在线检测系统包括: 权利要求1所述的超声波传感器，该超声波传感器用于采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级Lpx ； 高频电流传感器，用于采集电容两端的电压向量； 所述工作方法包括:步骤一:采集被测电容两端的电压向量，并将该电压向量分解出基波电压UtlU)和η次谐波电压分量Un⑴，即，所述被测电容两端的叠加电压u⑴，即u (t) = U0 (t) +Un⑴，计算该叠加电压的有效值U，基波电压的有效值U0 ； 步骤二:建立电容声压级数据库，该数据库中包括:各类型电容与仅有各基波的有效值分别对应的电容声压级； 预设被测电容类型、额定电容量Ctl，根据被测电容类型及当前基波电压的有效值Utl从所述电容声压级数据库获得相应电容声压级Lptl ； 根据采集到的被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级Lpx，通过公式
6.根据权利要求5所述的电容稳态在线检测系统的工作方法，其特征在于，所述叠加电压的有效值U通过基波电压U(l(t)和η次谐波电压分量un(t)的有效值平方和的平方根值获得。
7.根据权利要求6所述的电容稳态在线检测系统的工作方法，其特征在于，所述η次谐波电压分量un⑴中η取5。
【文档编号】G01R27/26GK103995184SQ201410233944
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】顾志强, 黄涛, 周鹏 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司镇江供电公司