[發明專利]一種基于超聲波傳感器的局部放電檢測系統

在審

• 申請號: 202111160942.2
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113848440A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 曾光輝;郭毅
• 申請（專利權）人: 珠海黑石電氣自動化科技有限公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 珠海飛拓知識產權代理事務所(普通合伙) 44650
• 代理人: 陳李青

1.一種基于超聲波傳感器的局部放電檢測系統，其特征在于：

所述局部放電檢測系統包括超聲波傳感器、前置放大帶通濾波模塊、單端差分信號轉換模塊、模數轉換(ADC)模塊、MCU、CPU處理系統、通信模塊和多路參考電壓；

所述模數轉換(ADC)模塊包括模數轉換1模塊(ADC0)和模數轉換2模塊(ADC1)，模數轉換(ADC)模塊使用動態參考電壓，選用具有多檔參考電壓MCU；

所述局部放電檢測系統的工作原理包括以下步驟：

步驟一：超聲波傳感器接收到的超聲波信號經過前置放大帶通濾波器后，將濾波后的單端模擬信號轉換成差分信號；

步驟二：再分別接入MCU的兩路ADC中，對兩路差分信號同時進行采樣和轉換，以兩路ADC的差值來計算信號幅度；

步驟三：利用MCU資源，通過CPU降低共模噪聲，提高模數轉換動態范圍和轉換精度；

步驟四：輸出的檢測精度和動態范圍；

所述單端差分信號轉換和模數轉換模塊的工作原理包括以下步驟：

步驟一：將單端差分信號轉換模塊放置在前置放大帶通濾波模塊與模數轉換模塊之間；

步驟二：將濾波后的單端模擬信號轉換成差分信號，單端輸入轉為差分輸出，差分輸入接為單端輸入；

步驟三：通過多路參考電壓對兩路差分信號同時進行采樣和轉換，此處由單片機MCU實現同步采樣并計算完成差分輸入ADC的功能。

2.根據權利要求1所述的一種基于超聲波傳感器的局部放電檢測系統，其特征在于：所述CPU的工作流程包括以下步驟：

步驟一：軟件去噪抗干擾處理，得到較純凈正弦波信號；

步驟二：用計算峰-峰值的方法得到正弦波信號的幅值Vout；

步驟三：將信號幅值轉換為dBuv值；

其中，dBuV值是用來表示局部放電強度的量值，當dBuV值小于12，表示電氣設備的局部放電強度在安全狀態，當dBuV值大于等于12小于20時，需引起注意，當dBuV值大于等于20時，表示電氣設備局部放電情況較嚴重，需檢修。

3.根據權利要求2所述的一種基于超聲波傳感器的局部放電檢測系統，其特征在于：

通過單端差分信號轉換器將放大后的信號轉成兩個電路：ADC0與ADC1后，此處的ADC轉換模塊使用動態參考電壓，選用具有多檔參考電壓MCU，其供電電壓VDD為5V，ADC轉換模塊參考電壓配置為1.024V、2.048V、4.096V電壓檔位，同時其帶有12通道的DMA控制器，選取其中的通道1和通道2用來分加別將ADC0和ADC1的轉換值傳輸到MCU內存中；MCU根據當前的ADC轉換值自動選擇不同的參考電壓檔位，從而實現對不同幅值超聲波信號都有最佳的測量效果。

4.根據權利要求3所述的一種基于超聲波傳感器的局部放電檢測系統，其特征在于：所述峰-峰值計算原理：經過前置的硬件和軟件去噪抗擾處理后，得到是較為純凈的正弦波信號，峰-峰值的計算方法包括以下步驟：

步驟一：以400KHz的頻率同時采集100次兩路ADC的轉換值；

步驟二：計算出兩路ADC轉換值之間的差值；

步驟三：對步驟二所得100個差值進行從小到大排序；

步驟四：去掉序列中第一個和最后一個值：即去掉一個最小值和一個最大值；

步驟五：在剩下的98個數據中，取最前5個數據的平均值作為最小值，取最后的5個數據的平均值作為最大值；

步驟六：將步驟五所得最大值減去最小值，得到峰-峰值。

5.根據權利要求4所述的一種基于超聲波傳感器的局部放電檢測系統，其特征在于：所述局部放電檢測系統抗共模干擾和噪聲的能力處理完成后，接著處理信號與信號轉換，具體流程包括以下步驟：

第一步，將DMA通道1和2的傳輸長度設置為100，啟動DMA、ADC0與ADC1，待到DMA傳輸完成后，計算出ADC0與ADC1的差值暫存于MCU內存中；

第二步，重復第一步操作，直到完成10次差值計算，取所得10次差值的平均值；

第三步，用峰-峰值的計算方法計算出輸入信號的峰-峰值；

第四步：用計算峰-峰值的方法得到正弦波信號的幅值Vout；將信號幅值轉換為dBuv值。