[發明專利]一種表帶可調式全貼合電纜局放超聲傳感器及在線監測方法

有效

• 申請號: 202010887005.6
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN111830381B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 周湶;歐陽希;陳偉根;廖瑞金;李劍;李勇;王有元;杜林;王飛鵬;黃正勇;萬福;譚亞雄
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R1/02;G01R1/04;G01R1/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種表帶可調式全貼合電纜局放超聲傳感器，屬于電力設備在線監測及智能診斷領域，包括薄金屬片內襯以及橡膠表帶，橡膠表帶端部設有表帶扣頭，橡膠表帶中部設有接地金屬密封盒，所述接地金屬密封盒上下表面設有接地極板；所述接地金屬密封盒內設有超聲信號傳感系統、信號采集與處理系統、數據分析及存儲系統、裝置自身測控系統、通信系統、電源系統。本發明表帶大小可以根據電力電纜的尺寸進行調節，采用表帶式安裝緊固，可以使得薄金屬片與待測電纜外表面緊緊貼合，減少了超聲波信號在傳播時的損耗，保證了測量數據的可靠性、準確性；本發明可廣泛應用于電力電纜局部放電在線監測場景，特別是表帶式設計結構，方便安裝，適用于各種型號的電力電纜。

技術領域

本發明屬于屬于電力設備在線監測及智能診斷領域，涉及一種表帶可調式全貼合電纜局放超聲傳感器及在線監測方法。

背景技術

在電力系統中，高壓及超高壓電力電纜在運行過程中會在電纜絕緣缺陷處發生局部放電的現象，而局部放電會進一步造成電力電纜的絕緣劣化，嚴重時會造成電纜損壞，進而導致大面積停電的事故發生，因此，對電纜局部放電進行檢測是減少電纜發生故障的重要措施之一。電纜內部發生局部放電的部位會產生超聲波，超聲波傳播至電纜表面在線監測裝置。超聲波在裝置中傳播時，會引起裝置表面發生微小的形變，對貼在設備表面的PVDF壓電薄膜產生機械應力，并轉換為電荷信號，電荷信號經過電荷放大器、陷波電路以及電壓放大電路的作用，再送到計算機對信號進行分析處理，從而對電纜劣化程度進行評估。

根據超聲波性質，其傳播時在氣體介質中的衰減非常嚴重，而在金屬和液體介質中衰減較弱，甚至在短距離的金屬介質中傳播時可以忽略其衰減，所以在接收超聲波信號時，利用金屬介質并且排除電纜與金屬之間的空氣十分重要。電纜表面為圓弧，而大多超聲波傳感器表面為平面，所以很難與電纜表面很好地貼合，無法以最有效的方式接收超聲波信號。通常情況下，在接收超聲波信號時，超聲波傳感器裸露在空氣中，容易受到外界環境中的其他信號的干擾，所以在接收超聲波排除外界干擾信號的影響對于得到一個更準確的結果非常重要。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于針對現有的超聲波在線監測方法易受外界環境信號的干擾，導致超聲弱信號被掩蓋、監測結果不準確等問題，提出一種基于電纜局部放電的超聲波在線監測裝置及結構優化方法。本發明通過用金屬盒對超聲傳感器、陷波電路、放大電路、電源模塊以及A/D轉換模塊進行封裝，并對金屬盒用反射與吸收聲波信號的材料進行涂抹處理，排除外界環境的干擾。同時使用薄膜超聲傳感器貼于金屬外圓，金屬外圓與傳感器之間有一層超聲耦合層，以增強超聲波信號。本發明的目的在于提高在線監測裝置的抗干擾能力，排除外界干擾同時使得超聲信號接收最大化，從而提高超聲傳感器的準確度與精度。

本發明的原理為：本發明裝置主要是基于超聲波傳感的方式實現信號接收與信息獲取。裝置主要由信號接收、信號處理模塊以及裝置附件構成。其中，模塊化超聲傳感器為該裝置的核心結構，主要有超聲信號采集結構與信號轉換結構兩部分組成。超聲信號采集結構由PVDF聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器構成，PVDF聚偏氟乙烯壓電薄膜具有以下幾個優點：壓電電壓常數高，用作傳感器時，靈敏度高；密度小、質量輕，粘貼在物體表面時對原結構影響較??；介電常數高，可以耐受強電場作用；柔性和加工性能好，可根據需要制成厚度不等、形狀不同的薄膜；頻響寬，可在10^-5～10⁹范圍內響應；同時，其化學穩定性和耐疲勞性高，具有良好的熱穩定性?；谝陨蟽烖c，本發明采用PVDF聚偏氟乙烯壓電薄膜傳感器作為接受超聲信號的傳感器。PVDF壓電薄膜傳感器是通過超聲波通過裝置時其表面形變而薄膜受力應變的程度傳遞超聲波信息，在外加電場為零的情況下，PVDF壓電薄膜壓電方程為：

D_i＝d_ijT_j????????????????????????????(1)

式中：D_i為電位移；d_ij為壓電常數；T_j為應力(i＝1,2,3；j＝1,2,3,···,6)。