[發明專利]一種新型特高頻-壓電超聲一體化傳感裝置及其應用

在審

• 申請號: 202310357442.0
• 申請日: 2023-04-06
• 公開（公告）號: CN116381430A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 蔣遠東;張曉星;黎大健;唐彬;曾嘉;張磊;余坤泉;張國治
• 申請（專利權）人: 北京西能電子科技發展有限公司;湖北工業大學;廣西電網有限責任公司
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R31/00
• 代理公司: 北京保識知識產權代理事務所(普通合伙) 11874
• 代理人: 姚天健

本發明公開了一種新型特高頻?壓電超聲一體化傳感裝置及其應用，屬于放電檢測技術領域。所述裝置本體為疊層結構，包括：位于裝置底部，用于接收超聲波信號的壓電陶瓷材料；位于壓電陶瓷材料上表面中心，用于提高信號傳輸速度的低介電材料；位于壓電陶瓷材料與低介電材料表面，用于接收電磁輻射脈沖信號，以及輸出超聲波和電磁輻射脈沖信號的第一金屬電極材料和第二金屬電極材料。所述現場實施方法通過改造設備可拆卸模塊，將一體化傳感裝置固定于設備可拆卸模塊，實現電力設備及航天器現場便捷的安裝。

技術領域

本發明涉及放電檢測技術領域，尤其涉及一種新型特高頻-壓電超聲一體化傳感裝置及其應用。

背景技術

電力行業作為國民經濟的基礎產業、支柱產業、戰略產業，電能與工業生產和日常生活息息相關，如何有效地保障電力設備安全穩定運行至關重要。局部放電是造成電力設備發生故障的重要原因，也是絕緣劣化的重要特征。因此有效地監測電力設備局部放電，并對存在缺陷的電力設備及時做出停電和檢修安排，是保障設備安全穩定運行的關鍵。同時，我國航天航空技術的發展，越來越多的衛星、航天器被送入太空。然而，衛星、航天器在軌運行期間，會與太空環境中存在的大量高能粒子的等離子體互相作用，導致電荷在航天器表面沉積，使其帶有一定電位，當航天器各表面絕對電勢或表面與表面之間的差分電勢達到閾值時，將產生靜電放電。靜電放電會造成材料表面性能下降，對設備造成損傷，同時靜電放電產生的電磁輻射脈沖信號會干擾甚至破環航天器內部系統，造成不可逆轉的損害。

電力設備發生局部放電與航天器發生靜電放電時，會產生一系列聲、光、電和機械振動等特征信號，針對不同信號均有相應的檢測方法，目前國內外使用較多的是特高頻檢測法和超聲波檢測法。

特高頻檢測法是利用傳感器檢測電力設備局部放電與航天器靜電放電過程中產生的電磁輻射脈沖信號，特高頻檢測法的檢測頻段為300MHz~3GHz，且特高頻法具有靈敏度高、抗干擾能力強、易于實現在線監測等優點；在電力設備局部放電與航天器靜電放電過程中會向外界輻射超聲波信號，當超聲波信號傳遞至天線傳感器所在位置，會引起天線傳感器內部的壓電材料的震動，壓電材料表面會產生電荷，該電荷信號便會經信號線傳出，檢測頻段一般為20KHz~200KHz。

目前，國內外常用于檢測局部放電或靜電放電電磁輻射脈沖信號的特高頻天線傳感器有單極子和偶極子天線、貼片天線、對數周期天線等；超聲波檢測法也隨著壓電元件材料的帶載特性提高，傳感器靈敏度的增強而變得廣泛起來。但上述檢測所用到的傳感單元功能有限，無法滿足智能化運維的需求，且相關傳感單元在電力設備以及航天器現場的實施較為繁瑣，存在技術性缺陷。

專利CN?107623068?A申請了一種基于叉指電極結構柔性可拉伸壓電納米發電機及制備方法，通過將電極嵌入壓電薄膜中，實現在振動信號的驅動下輸出電壓信號。但該專利所提及的傳感單元設計并未涉及電力設備局部放電以及航天器靜電放電的檢測領域，且該專利也并未對放電產生電磁輻射脈沖信號的感知能力進行相關優化設計。

為了解決上述問題，本發明設計了一種新型特高頻-壓電超聲一體化傳感裝置，引入低介電PI材料，將其嵌入壓電陶瓷基底與金屬電極之間，用于提高電磁輻射脈沖信號傳輸速度。并同時提供了一種該一體化傳感裝置在電力設備以及航天器現場的實施方法。

發明內容

本發明的目的在于提出一種新型特高頻-壓電超聲一體化傳感裝置及其應用，以解決背景技術中提到的問題。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種新型特高頻-壓電超聲一體化傳感裝置，該裝置可置于電力設備或航天器金屬外殼表面，實現同時檢測局部放電或靜電放電產生的電磁輻射脈沖信號和超聲波信號，裝置本體采用疊層結構設計，具體為：位于裝置底部，用于接收超聲波信號的壓電陶瓷材料結構；位于裝置底部材料表面中心，用于提高信號傳輸速度的低介電材料結構；位于壓電陶瓷材料與低介電材料表面，用于接收電磁輻射脈沖信號，以及輸出超聲波和電磁輻射脈沖信號的第一金屬電極結構和第二金屬電極材料結構。