一种局部放电超声检测系统

本技术涉及局部放电检测，具体地说，是涉及一种局部放电超声检测系统。

背景技术：

1、随着社会科技的不断发展和进步，gis设备在电网系统运行中也逐渐成为主流设施。gis是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称，主要由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的sf6绝缘气体，故也称sf6全封闭组合电器。在电力能源生产与传输过程中，由于gis设备的绝缘介质、金属材料、制造工艺以及运行环境等因素影响，局部放电现象在gis设备运行过程中时有发生，据电网统计，局部放电是造成高压电气设备最终发生绝缘击穿的重要原因。因此在电力系统设备中，设计能够进行局部放电检测的系统至关重要。

2、目前，针对gis设备的局部放电检测方法主要有脉冲电流检测法、射频检测法、化学检测法、光测法、红外热像法、超声波检测法以及特高频检测法。以超声波检测法为例，现有的局部放电超声检测系统，主要由超声波传感器、信号处理模块、控制模块和电源模块组成，其检测原理是利用超声波传感器检测gis设备局部放电发生时产生的超声波信号，然后将检测信号经信号处理模块处理转换成电信号后输出至控制模块进行处理后确定局部放电的发生位置。

3、可以看出，在对gis设备局部放电进行监测的过程中，超声波传感器的检测灵敏度是主要的系统性能指标之一。现有的局部放电超声检测系统，通常采用压电传感器或非本征光纤法布里-珀罗(efpi)传感器对超声波信号进行检测，在这之中，由于efpi传感器不易受电磁干扰，且结构简单，因而表现较压电传感器更好，逐渐成为了局部放电超声检测方面的主要研究方向。

4、然而，现有的采用了efpi传感器的局部放电超声检测系统，一方面，其通常采用石英、硅或者光学玻璃制成超声波传感器的圆形耦合膜片，并且膜片的干涉腔与外界不导通，因而在实际应用中这类耦合膜片存在着动态响应性能不够好的问题，一定程度上影响了传感器的灵敏度；另一方面，检测系统中的后端信号处理装置一般以dsp为控制核心，结合部分功能电路，对传感器信号进行放大、滤波、整流、转换等处理，整体电路结构相对较为复杂，导致成本较高。

5、以上两方面的问题一定程度上也限制了采用efpi传感器的局部放电超声检测系统的推广应用，因此有必要对其做出改进。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种局部放电超声检测系统，具有动态响应性能好且电路结构简单的优点。

2、为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

3、一种局部放电超声检测系统，包括依次连接的信号处理模块、控制模块，与控制模块和信号处理连接的电源模块，以及超声波传感器，所述超声波传感器包括光纤，用于固定光纤的固定块，与固定块连接的悬臂梁式膜片，以及与悬臂梁式膜片外侧连接的封装块，所述光纤与悬臂梁式膜片之间具有一个法布里-珀罗谐振腔，所述悬臂梁式膜片与封装块之间具有一个耦合振动气腔；所述信号处理模块与光纤连接；所述控制模块型号为stm32f103vct6。

4、作为优选，所述悬臂梁式膜片的厚度为50um。

5、具体地，所述信号处理模块包括用于将超声波传感器信号传输的超声波信号进行滤波的滤波模块和用于对滤波后的信号进行放大的信号放大模块；所述控制模块与信号放大模块连接。

6、进一步地，所述滤波模块包括一端连接光纤、另一端接一个第一运算放大器输入端的电容c9，输入端与第一运算放大器输出端连接、输出端与信号放大模块连接的第二运算放大器，一端连接第一运算放大器输入端、另一端接第一运算放大器输出端的电容c8，以及一端连接第二运算放大器的输入端、另一端连接第二运算放大器输出端的电容c10。

7、作为优选，所述信号放大模块型号为ad603。

8、再进一步地，本实用新型还包括与控制模块连接的存储模块。

9、更进一步地，所述控制模块通过通信模块与远程终端通讯。

10、作为优选，所述悬臂梁式膜片采用304不锈钢制成。

11、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

12、(1)本实用新型通过对超声波传感器的结构进行优化，采用了悬臂梁式膜片的设计，并与光纤之间形成法布里-珀罗谐振腔、与封装块之间形成耦合振动气腔。如此，一方面，相比现有的圆形耦合膜片，本实用新型采用的方案，使得悬臂梁式膜片在相同局部放电超声波信号作用下可以有更大的振动位移，因而频率响应范围更宽，窄带特性更好，如此也较好地提升了超声波传感器的动态响应性能；另一方面，悬臂梁式膜片设置了封装块，可以起到一定的能量耦合作用，有助于增强对超声波信号的检测。因此，上述两方面的特点使得超声波传感器的灵敏度也得到了更好的保障。

13、(2)本实用新型在优化超声波传感器结构的基础上，采用型号为stm32f103vct6的控制模块，并采用了双运算放大器设计的滤波模块实现两级滤波处理，最后通过信号放大模块获得局部放电信号并确定局部放电的发生位置，不仅系统功耗低、性能可靠，而且系统整体电路结构简单，成本低廉。

14、(3)本实用新型还设置了存储模块和通信模块，既方便将处理的数据实时存储，便于后续统计和筛查，又能将数据实时传输至远程终端实现远程监控，更进一步地方便了系统的应用。

技术特征：

1.一种局部放电超声检测系统，包括依次连接的信号处理模块、控制模块，与控制模块和信号处理连接的电源模块，以及超声波传感器，其特征在于，所述超声波传感器包括光纤(1)，用于固定光纤的固定块(2)，与固定块(2)连接的悬臂梁式膜片(4)，以及与悬臂梁式膜片(4)外侧连接的封装块(6)，所述光纤(1)与悬臂梁式膜片(4)之间具有一个法布里-珀罗谐振腔(3)，所述悬臂梁式膜片(4)与封装块(6)之间具有一个耦合振动气腔(5)；所述信号处理模块与光纤(1)连接；所述控制模块型号为stm32f103vct6。

2.根据权利要求1所述的一种局部放电超声检测系统，其特征在于，所述悬臂梁式膜片(4)的厚度为50um。

3.根据权利要求1或2所述的一种局部放电超声检测系统，其特征在于，所述信号处理模块包括用于将超声波传感器信号传输的超声波信号进行滤波的滤波模块和用于对滤波后的信号进行放大的信号放大模块；所述控制模块与信号放大模块连接。

4.根据权利要求3所述的一种局部放电超声检测系统，其特征在于，所述滤波模块包括一端连接光纤、另一端接一个第一运算放大器输入端的电容c9，输入端与第一运算放大器输出端连接、输出端与信号放大模块连接的第二运算放大器，一端连接第一运算放大器输入端、另一端接第一运算放大器输出端的电容c8，以及一端连接第二运算放大器的输入端、另一端连接第二运算放大器输出端的电容c10。

5.根据权利要求4所述的一种局部放电超声检测系统，其特征在于，所述信号放大模块型号为ad603。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的一种局部放电超声检测系统，其特征在于，还包括与控制模块连接的存储模块。

7.根据权利要求6所述的一种局部放电超声检测系统，其特征在于，所述控制模块通过通信模块与远程终端通讯。

8.根据权利要求1、2、4、5或7所述的一种局部放电超声检测系统，其特征在于，所述悬臂梁式膜片(4)采用304不锈钢制成。

技术总结
本技术公开了一种局部放电超声检测系统，涉及局部放电检测技术领域，该局部放电超声检测系统包括依次连接的信号处理模块、控制模块，与控制模块和信号处理连接的电源模块，以及超声波传感器，超声波传感器包括光纤，用于固定光纤的固定块，与固定块连接的悬臂梁式膜片，以及与悬臂梁式膜片外侧连接的封装块，光纤与悬臂梁式膜片之间具有一个法布里‑珀罗谐振腔，悬臂梁式膜片与封装块之间具有一个耦合振动气腔；信号处理模块与光纤连接；控制模块型号为STM32F103VCT6。本技术改善了局部放电超声检测系统的动态响应性能，降低了电路结构成本，从而较好地解决了基于超声波传感器的局部放电超声检测系统的应用限制问题。

技术研发人员：张健,杨平
受保护的技术使用者：四川化工职业技术学院
技术研发日：20230523
技术公布日：2024/3/27