一种手持式局部放电测试仪及局部放电测试系统的制作方法

本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种手持式局部放电测试仪及局部放电测试系统。

背景技术：

超声波局部放电测试是电力设备缺陷检测的一种有效方法，其原理是：通过超声波传感器获取高压设备在发生微量绝缘击穿时释放出的超声波信号，从而发现高压电力设备存在的非贯穿性缺陷，实现绝缘缺陷的早期诊断。现有的超声波局部放电测试仪采取传感器、屏幕一体式的结构，普遍存在操作繁琐，体积过大，持续工作时间过短的问题，用户体验感不佳。此外，现有的超声波局放测试仪的分析处理功能较为单一，用户无法根据需求对其进行二次开发，无法支持较为复杂的分析算法，也无法实现互联网的应用。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种手持式局部放电测试仪及局部放电测试系统，以缩小设备体积和重量，便于携带和使用。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种手持式局部放电测试仪，包括：

传感器壳体，其内设有超声波传感器电路板和信号转接电路板，所述超声波传感器电路板上设有超声波探头，用于采集局部放电的超声波信号；所示信号转接电路板上设有用于将所述超声波信号转换为数字报文的电路模块；

通过转接环与所述传感器壳体装配的电池组件，用于为所述超声波传感器电路板和信号转接电路板提供电能。

进一步地，所述传感器壳体包括前壳和后壳，共同形成封闭空腔，以容纳所述超声波传感器电路板和信号转接电路板。

进一步地，所述前壳的顶部中央设有容纳孔，用于容纳所述超声波传感器电路板上的超声波探头；所述前壳朝向所述电池组件的一侧还设有第一电缆过孔，用于引出usb连接线。

进一步地，所述后壳的底部设有第三安装孔，用于通过螺栓与支架装配；所述后2朝向所述电池组件的一侧还设有上下排列的第二电缆过孔和第四安装孔，所述第四安装孔用于通过螺栓与所述电池组件装配，所述第二电缆过孔用于将所述电池组件的锂电池保护板的输出端正极引出。

进一步地，所述电池组件包括电池仓和设置在所述电池仓远离所述传感器壳体一侧端部的电源开关，所述电池仓内设有锂电池和锂电池保护板，所述锂电池与所述锂电池保护板的输入端连接，所述锂电池保护板的输出端与所述信号转接电路板连接。

进一步地，所述电池仓安装所述电源开关的一端为封闭端，另一端为开放端，所述开放端与所述转接环连接。

进一步地，所述转接环为一呈阶梯状的圆环，包括外径相对较大的上圆环和外径相对较小的下圆环，所述上圆环和下圆环的中心轴线共轴，所述上圆环用于与所述后壳装配，所述下圆环与所述电池仓形成螺纹连接。

进一步地，所述信号转接电路板上设有处理器模块、模拟运算放大模块、电源模块和串口转usb模块，所述信号转接电路板与所述超声波传感器电路板采用板对板连接器实现电气连接与机械连接。

本发明还提供一种局部放电测试系统，包括：

如权利要求1所述的手持式局部放电测试仪；

通过支架与所述传感器壳体连接的控制终端，所述控制终端通过usb连接线与所述超声波传感器电路板电连接，所述控制终端用于扫描高压设备上的二维码标签，当扫描到有效二维码标签时，启动所述手持式局部放电测试仪，开始采集局部放电的超声波信号。

进一步地，所述控制终端还用于记录最近200ms采集到的超声波局部放电的波形信号、扫描到的二维码标签信息、测试时间，并转化为文本文件存入存储卡，以供浏览、分析或分享。

本发明实施例的有益效果在于：在实现超声波局部放电测试的同时，缩小设备的体积和重量，便于携带和使用，支持用户根据实际需求，对仪器进行二次开发。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供一种手持式局部放电测试仪的立体结构示意图。

图2是本发明实施例一提供一种手持式局部放电测试仪的立体分解结构示意图。

图3是本发明实施例一中前壳的立体结构示意图。

图4是本发明实施例一中后壳的立体结构示意图。

图5是本发明实施例一中电池组件的立体结构示意图。

图6是本发明实施例一中转接环的立体结构示意图。

图7是本发明实施例一中超声波传感器电路板的外观结构示意图。

图8是本发明实施例一中信号转接电路板的外观结构示意图。

图9是本发明实施例二中支架的立体结构示意图。

图10是本发明实施例中手持式局部放电测试仪的整体电路图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

请参照图1所示，本发明实施例一提供一种手持式局部放电测试仪，包括：

传感器壳体1，其内设有超声波传感器电路板2和信号转接电路板3，所述超声波传感器电路板2上设有超声波探头20，用于采集局部放电的超声波信号；信号转接电路板3上设有用于将所述超声波信号转换为数字报文的电路模块；

通过转接环40与传感器壳体1装配的电池组件4，用于为超声波传感器电路板2和信号转接电路板3提供电能。

请结合图2所示，本实施例中，传感器壳体1包括前壳11和后壳12，共同形成封闭空腔，以容纳超声波传感器电路板2和信号转接电路板3。请分别参照图3和图4所示，图3为前壳11的立体结构示意图，图4为后壳12的立体结构示意图。前壳11的四角分别设有第一安装孔111，用于通过螺栓与后壳12装配。前壳10的顶部中央设有容纳孔112，用于容纳超声波传感器电路板2上的超声波探头20。前壳11朝向电池组件4的一侧还设有第一电缆过孔113，用于引出usb连接线7。作为一种示例，前壳11采用6061铝合金铣削加工而成，第一安装孔111的孔径为3.5mm，容纳孔112的孔径为16mm，第一电缆过孔113的孔径为5mm。后壳12的四角分别设有第二安装孔122，用于通过螺栓与前壳11装配。后壳12的底部设有第三安装孔123，用于通过螺栓与支架5装配。后壳12朝向电池组件4的一侧还设有上下排列的第二电缆过孔121和第四安装孔124，第四安装孔124用于通过螺栓与电池组件4装配，第二电缆过孔121用于将电池组件4的锂电池保护板的输出端正极引出。作为一种示例，后壳12采用6061铝合金铣削加工而成，第二安装孔122为m3螺孔，用于穿过m3螺栓；第三安装孔123的孔径为6mm，第四安装孔124的孔径为4mm，第二电缆过孔121的孔径为5mm。

请参照图5所示，电池组件4包括电池仓41和设置在电池仓41远离传感器壳体1一侧端部的电源开关42，电池仓41整体呈圆管状，外径33mm，内径27.5mm，其外壳采用6061铝合金车削和铣削加工而成。电池仓41内设有锂电池43和锂电池保护板44(参见图2)，锂电池43与锂电池保护板44的输入端连接，锂电池保护板44的输出端与信号转接电路板3连接。锂电池43的规格为3.7v，10000mah。电池仓41安装电源开关42的一端为封闭端，另一端为开放端，在开放端有m31×1.5的母螺纹，用于同转接环40连接。电池仓41与电源开关42、锂电池保护板44的输入端负极相连，电源开关42与锂电池43的负极串联，电源开关42为直径12mm的自锁式标准按钮开关，按下电源开关，锂电池43负极与电池仓41、锂电池保护板44的输入端负极接通，电路接通；再按一下电源开关42，锂电池43负极与电池仓41、锂电池保护板44的输入端负极断开，电路切断。

请参照图6所示，转接环40为一呈阶梯状的圆环，采用6061铝合金车削和铣削加工而成，包括外径相对较大的上圆环401和外径相对较小的下圆环402，上圆环401和下圆环402的中心轴线共轴。上圆环401用于与传感器壳体1的后壳12装配，其上设有第五安装孔403，第五安装孔403具体为一m3螺孔，通过m3螺栓与后壳12装配。下圆环402具有m31公螺纹，与电池仓41的m31×1.5的母螺纹形成螺纹连接。转接环40、电池仓41、后壳12同时实现机械连接与电气连接。

请参照图7所示，超声波传感器电路板2的正面通过焊接固定安装有16mm超声波探头20。超声波传感器电路板2上还设有2个第六安装孔21，用于通过m3螺栓固定在前壳11内。在超声波传感器电路板2的背面安装有12针的板对板连接器，用于实现超声波传感器电路板2与信号转接电路板3的电气连接和机械连接。

请参照图8所示，信号转接电路板3上设有处理器模块31、模拟运算放大模块32、电源模块33和串口转usb模块34。信号转接电路板3上还设有2个第七安装孔35，用于通过m3螺栓固定在后壳12内。信号转接电路板3与超声波传感器电路板2采用12针的板对板连接器实现电气连接与机械连接。信号转接电路板3、超声波传感器电路板2、锂电池43、锂电池保护板44共同构成局放测试仪整体电路，电路的对外电气接口为usb连接线7。

相对于传统的局部放电测试仪，本实施例的手持式局部放电测试仪在实现超声波局部放电测试的同时，缩小设备的体积和重量，便于携带和使用。本实施例的手持式局部放电测试仪采集到局部放电的超声波信号后，由信号转接电路板3上的电路模块将超声波信号转换为数字报文，数字报文可以发送给外接的控制终端6，工作人员可通过控制终端6浏览、分析、分享局部放电的超声波信号。控制终端6还可以扫描高压设备上贴的二维码标签，当扫描到有效二维码标签时，启动本实施例的手持式局部放电测试仪，开始采集局部放电的超声波信号。如果高压设备发生局部放电，控制终端6就记录最近200ms采集到的超声波局部放电的波形信号、扫描到的二维码标签信息、测试时间，并转化为文本文件存入自身的存储卡中，工作人员可以浏览采集到的波形信号，调用控制终端6的分享功能，将采集到的波形信号分享至社交app等其他应用。工作人员再次点击app中的测试按钮，控制终端6就重复采集过程，完成下一次的采集工作。按照这样的操作顺序，工作人员可以依次完成整个变电站所有高压设备的局部放电测试工作，形成一套带有超声波局部放电波形、设备基础信息、测试时间的完整文件。本实施例的手持式局部放电测试仪也成为控制终端6的外设，控制终端6支持较为复杂的分析算法，可以方便进行应用开发。作为一种示例，控制终端6具体为智能手机，内置了相应的测试app。

由此，本发明实施例二提供一种局部放电测试系统，包括：

本发明实施例一所述的手持式局部放电测试仪；

通过支架5与所述传感器壳体1连接的控制终端6，控制终端6通过usb连接线7与超声波传感器电路板2电连接。

请参照图9所示，支架5包括固定端51、活动端52、设置在活动端52上的调节螺丝53，通过旋转调节螺丝53，可实现控制终端6的夹紧与放松。支架5上还设有第八安装孔54，m6螺栓穿过第八安装孔54、后壳12的底部的第三安装孔123，实现支架5与后壳12的装配。

usb连接线7是标准元件，与控制终端6的连接口为type-c型，usb连接线7的另一端穿过前壳11上的第一电缆过孔113，与超声波传感器电路板2电连接，实现超声波传感器电路板2与控制终端6之间的通信。usb连接线7还可用于给控制终端6充电。

如前所述，本实施例中，控制终端6具体为智能手机，内置了相应的测试app。以下以智能手机6为例进行说明。

请参照图10所示，图中x1是16mm超声波探头20，x2是模拟运算放大模块32，x3是处理器模块31，x4是串口转usb模块34，x5、x6是电源模块33，x7是3.7v10000mah锂电池43、锂电池保护板44，x8是usb连接线7。16mm超声波探头20为中心频率为40khz的压电式超声波传感器，为标准器件。模拟运算放大模块32的运放芯片型号为ad620，其工作模式为差分放大，差模放大倍数为1000倍，该模块为标准器件。处理器模块31是以mega328p为核心的模块式处理器，其上有串口、数字io、模拟io、电源、电源地、信号地等针脚，该处理器模块为标准器件。串口转usb模块34是以ch340芯片为核心的模块，其功能为实现处理器模块31与智能手机6的电气连接与逻辑连接，该模块为标准器件。电源模块33是2个直流电压变换器，其中x5为锂电池充放电模块，有3种工作模式，在锂电池电压高于3.75v、输出端电压低于5.2v时为放电模式，将锂电池的3.7v电压转化为5v电压输出，在输出端电压高于5.2v时为充电模式，将5.2v电压降为4.2v电压给锂电池充电，在锂电池电压低于3.75v、输出端电压低于5.2v时为保护模式，切断锂电池的输出；x6为升压模块，其功能为将5v电压转化为12v电压输出，为模拟运算放大模块32提供电源，上述两个模块均为标准器件。3.7v10000mah锂电池43为2节26650锂离子电池并联构成，可同时为信号转接电路板3、超声波传感器电路板2、智能手机6供电，其最大输出电流为5a，在正常工作模式下，x5为放电工作模式，信号转接电路板3、超声波传感器电路板2、智能手机6供电均由3.7v10000mah锂电池43供电，可实现整机连续工作16小时，在3.7v10000mah锂电池43电量耗尽后，x5转化为保护模式，此时，由智能手机6通过usb连接线7为信号转接电路板、超声波传感器电路板2供电，整机还可继续工作3小时，工作人员可利用这段时间，给3.7v10000mah锂电池43充电。

使用时，工作人员用手握持电池仓41，打开电池仓41底部的电源开关42，将智能手机6固定在支架5上，将usb连接线7插入智能手机6的usb接口中，智能手机6上的app将自动识别手持式局部放电测试仪，打开对应的测试app，进入测试。可以理解的是，智能手机6根据芯片id识别手持式局部放电测试仪，在插入usb接口后，芯片就会将此id号发给usb的主机，当程序检测到插入的芯片是ch340时即启动程序。智能手机6的app通过usb接口控制超声波传感器电路板2上的超声波探头20进入局部放电测试状态，按照20ms的周期，采集超声波局部放电的波形信号。具体地，智能手机6通过usb接口向ch340输出16进制00010101的指令即开始测量，输出00020202的指令即停止测量。工作人员只需点击测试app中的测试按钮，智能手机6就自动打开自带的摄像头和闪光灯，扫描高压设备上贴的二维码标签，当扫描到有效二维码标签时，智能手机6就记录最近200ms采集到的超声波局部放电的波形信号、扫描到的二维码标签信息、测试时间，并转化为文本文件存入智能手机6存储卡中，工作人员可以浏览采集到的波形信号，调用智能手机6的分享功能，将采集到的波形信号分享至智能手机6中的社交app等其他应用。工作人员再次点击智能手机6的测试app中的测试按钮，智能手机6就重复采集过程，完成下一次的采集工作。按照这样的操作顺序，工作人员可以依次完成整个变电站所有高压设备的局部放电测试工作，形成一套带有超声波局部放电波形、设备基础信息、测试时间的完整文件。测试工作完成后，工作人员只需拔下usb连接线7，将智能手机6从支架5上拆下，关闭电池仓41上的电源开关42，即可将手持式局部放电测试仪恢复至初始状态。

信号转接电路板3接收超声波探头20传输的电信号，以200khz的采样率对模拟信号进行模数变换，获取的信号直接编成整数型的数组，每个报文的长度80kb，由串口传递给智能手机6，智能手机6接收到报文后，将报文转化为对应位置的像素，实现信号的可视化，像素的横坐标为报文的地址位，纵坐标为报文中对应地址位的数值，例如，报文第一个字节为0064，智能手机6就在屏幕的(1，99)显示一个纯白色像素，第二个字节是00ff，智能手机6就在(2，255)显示一个纯白色像素。

信号转接电路板3的模拟部分，以ad620的outa为界，通电即工作，没有任何控制。arduinonano的a0口是单片机的ad转化口，由单片机的指令控制其是否处于工作状态，读取指令是analogread(a0)，该指令每秒钟执行20万次，单次测量工作20毫秒，结果存入数组signal中，通过serialwrite(signal)指令，将结果发给arduinonano的串口，单片机不断重复这个过程，即模数转化不断进行，串口不断传输。是否对接收到的数据进行存储，由智能手机6的软件决定，存储也是存入智能手机6的存储卡中。

通过上述说明可知，与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：在实现超声波局部放电测试的同时，缩小设备的体积和重量，便于携带和使用，支持用户根据实际需求，对仪器进行二次开发。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。