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专利名称：超声波信号采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型 涉及一种电力设备绝缘故障的检测装置，具体为一种超声波信号采集
>J-U ρ α装直。
背景技术：
高电压电气设备的安全可靠运行关系到国民经济的各个领域，连接各级电网变电站的主变压器、电抗器、组合电器、互感器等高压电气设备，历来是电力系统绝缘监测的重点所在。从高电压设备发生事故的案例中分析到，多数电力设备绝缘故障的发生不是偶然的，电气事故的形成必然有一个初期产生一逐步发展一潜伏性故障一事故形成的过程。因此如果在局部放电形成的初期或发展变化过程中能够将故障点找出来，采取相应的措施加以排除，对电力系统的安全运行有着重要的工程意义。在局部放电检测技术领域中，电气脉冲法始终处于主导地位，并形成了 IEC (国际电工委员会)标准、国家标准、电力行业标准。电气脉冲法在试验室条件下，其所做的局部放电测量没有异议；但在变电站现场由于环境条件存在较大的电磁干扰，其局放值颇有争议，而且电气脉冲法每做一次局部放电测量需要检测设备必须停止运行，再用发电机供电，通过升压变压器达到局放测量所需的试验电压，并持续标准中规定的试验时间，才能完成。此外电气脉冲法做一次局部放电测量应必备的专用试验仪器、配套装置多，体积大，往返装卸、运输也给运行单位带来不便。局部放电的超声波检测法相比电气脉冲法具有许多优点，首先检测对象不需停电，在运行状态下即可方便地对高压电气设备进行检测，且所需的检测仪器体积小，重量轻，人工搬动自如。尤其是随着微电子技术、传感器技术、信号处理技术的科技进步和计算机技术的普及应用，近年来，高压电气设备局部放电的声学检测也得到了快速发展。现有的超声波检测仪包括一端开口的柱状壳体1，壳体I的侧壁上设有Q9接头2和电源指示灯3，壳体I开口的一端盖有端盖4，壳体I封口的一端端面内表面上均匀固定有磁钢柱5且端面中心位置开口，壳体I内固定有两端开口的压电晶体封装筒6、对压电晶体产生的电荷起放大、滤波作用的电路板11、电池12，压电晶体封装筒6 —端开口处盖着封筒盖7，另一端开口正对壳体I封口端面的内表面，压电晶体封装筒6内放置有压电晶体8，压电晶体8的一端紧贴着传声片9，传声片9通过壳体I封口端面上的开口伸出壳体1，压电晶体8的另一端紧贴着弹性胶体，弹性胶体与封筒盖7相连，电路板11的输入端口和压电晶体8连接，电池12和电路板11的电源端口连接。超声波检测仪工作时，壳体I上固定着磁钢柱5的端面吸附在电力设备上，若电力设备有绝缘故障时，则电力设备故障处放电必然会发出超声波，超声波检测仪中压电晶体封装筒6内的传声片9接收到超声波，与传声片9紧贴的压电晶体8产生形变并产生电荷，电荷经电路板11的放大、滤波后，由Q9接头2将放大后的电压信号输送到示波器，壳体I内的电池12可给电路板11供电，壳体I的一端开口，当电池电量不足时，可打开端盖4及时方便的更换电池12，压电晶体封装筒6内的弹性胶体10长时间使用后会弹性不足，可打开封筒盖7更换弹性胶体。现有的超声波检测仪壳体内的弹性胶体其弹性效果不好，造成检测装置的灵敏度不高，特别是弹性胶体随环境温度变化时弹性降低，从而影响对电力设备绝缘故障信号的判断，以及其电路板上电路结构复杂、不合理，对电荷放大作用小，且电路中没有保护措施，在运输、使用过程中设备如发生力度较大的摔、碰时，压电晶体产生的瞬时高电压容易损坏后续电路元件。
发明内容本实用新型为了解决现有的超声波检测仪灵敏度不高以及电路结构不合理的问题，提供了一种超声波信号采集装置。本实用新型是采用如下的技术方案实现的超声波信号采集装置，包括柱状壳体，壳体的侧壁上设有Q9接头，壳体内固定有两端开口的压电晶体封装筒和对压电晶体产生的电荷起放大、滤波作用的电路板，压电晶体封装筒一端开口处设有封筒盖，压电晶体封装筒内放置有压电晶体，压电晶体的一端紧贴着传声片；还包括封装海绵，封装海绵的一端贴着压电晶体，封装海绵的另一端贴着封筒盖。本实用新型的特征之一就是将现有设备中的 弹性胶体替换为封装海绵，封装海绵能使压电晶体灵敏地接收到外部的声发射信号，压电晶体反应出细微的形变状态，封装海绵则可随着压电晶体的振动而伸缩，使检测装置的灵敏度得以提高，而且其本身对压电晶体没有过度挤压作用，不会影响对电力设备绝缘故障信号的检测。上述的超声波信号采集装置，对压电晶体产生的电荷起放大、滤波作用的电路板上的电路包括和压电晶体连接的电荷输入电路、电荷放大电路、高通滤波电路和信号放大电路，电荷输入电路包括第一电容Cl,第一电容Cl的一端和压电晶体连接,另一端经第一电阻Rl和第一晶体二极管Dl的正极连接，第一晶体二极管Dl的负极接地，第一晶体二极管Dl的两端反向并联着第二晶体二极管D2，第一电容Cl和地之间为电路的输入端；电荷放大电路包括场效应管Ql和电压比较器Al，场效应管Ql的栅极经第二电容C2和第一晶体二极管Dl的正极连接，漏极经第二电阻R2接直流电，源极经第三电阻R3接地，电压比较器Al的正向输入端和场效应管Ql的漏极连接，反向输入端经第四电阻R4接地，反向输入端还经第五电阻R5接直流电，电压比较器Al的输出端经第六电阻R6和第一晶体二极管Dl的正极连接，第六电阻R6两端并联着第三电容C3 ;高通滤波电路包括第四电容C4和电压跟随器A2，第四电容C4的一端和电压比较器Al的输出端连接，另一端和电压跟随器A2的正向输入端连接，第四电容C4和电压跟随器A2的正向输入端之间连接着第七电阻R7，第七电阻R7的另一端接地，电压跟随器A2的反向输入端和输出端连接；信号放大电路包括运算放大器A3，运算放大器A3的正向输入端经第五电容C5和电压跟随器A2的输出端连接，电压跟随器A2的输出端和第五电容C5之间连接着第八电阻R8和第九电阻R9，第八电阻R8的另一端接地，第九电阻R9的另一端接直流电，运算放大器A3的反向输入端经第十电阻R10、可调电阻R11、第十一电阻R12和输出端连接，运算放大器A3的输出端接Q9接头。电路中的电荷输入电路将压电晶体产生的电荷输入到电路中，且其中包括反向并联的第一晶体二极管Dl和第二晶体二极管D2，可对电荷输入电路的输出电压有箝位作用(输出电压最大值的绝对值为二极管的压降)，能屏蔽掉当设备在使用过程中发生摔、碰时压电晶体产生的瞬间高电压，对后续电路可起到保护作用；电荷放大电路通过场效应管Ql将电压信号放大，其电路中还包括了由并联的第六电阻R6和第三电容C3组成的反馈电路，可稳定场效应管Ql的静态工作点；高通滤波电路中第四电容C4和第七电阻R7组成RC高通滤波电路，只允许高频电压信号通过，电路中还包括电压跟随器A2，对前后电路可起到缓冲作用；信号放大电路中运算放大器A3将电压信号再次放大，使得即使信号特别微弱时，也能在示波器上清晰地观察。上述的超声波信号采集装置，压电晶体通过耐高温锂基黄油和传声片紧贴，耐高温锂基黄油在工作环境温度较高时不易流失，从而减少了声信号的损失，因此提高了检测装置的灵敏度。本实用新型利用封装海绵弹性好的优点，提高了检测设备的灵敏度，而且对现有的电路进行了优化，使得电路结构更加合理，提高了对电压信号的放大效果，使得信号微弱时也可以在示波器上清楚的观察到信号，也方便工作人员在远距离处观察测量信号。

图I为超声波信号采集装置的结构示意图。 图2为对压电晶体产生的电荷起放大、滤波作用的电路板的电路原理图。图中I-壳体，2-Q9接头,3_电源指不灯,4_端盖,5_磁钢柱,6_压电晶体封装筒，7-封筒盖，8-压电晶体，9-传声片，10-封装海绵，11-电路板，12-电池。
具体实施方式
超声波信号采集装置，包括柱状壳体1，壳体I的侧壁上设有Q9接头2，壳体I内固定有两端开口的压电晶体封装筒6和对压电晶体产生的电荷起放大、滤波作用的电路板11，压电晶体封装筒6 —端开口处盖着封筒盖7，压电晶体封装筒6内放置有压电晶体8，压电晶体8的一端紧贴有传声片9，还包括封装海绵10，封装海绵10的一端贴着压电晶体8，封装海绵10的另一端贴着封筒盖7。上述的超声波信号采集装置，对压电晶体产生的电荷起放大、滤波作用的电路板上的电路包括和压电晶体连接的电荷输入电路、电荷放大电路、高通滤波电路和信号放大电路，电荷输入电路包括第一电容Cl,第一电容Cl的一端和压电晶体连接，另一端经第一电阻Rl和第一晶体二极管Dl的正极连接，第一晶体二极管Dl的负极接地，第一晶体二极管Dl的两端反向并联着第二晶体二极管D2，第一电容Cl和地之间为电路的输入端；电荷放大电路包括场效应管Ql和电压比较器Al，场效应管Ql的栅极经第二电容C2和第一晶体二极管Dl的正极连接，漏极经第二电阻R2接直流电，源极经第三电阻R3接地，电压比较器Al的正向输入端和场效应管Ql的漏极连接，反向输入端经第四电阻R4接地，反向输入端还经第五电阻R5接直流电，电压比较器Al的输出端经第六电阻R6和第一晶体二极管Dl的正极连接，第六电阻R6两端并联着第三电容C3 ;高通滤波电路包括第四电容C4和电压跟随器A2，第四电容C4的一端和电压比较器Al的输出端连接，另一端和电压跟随器A2的正向输入端连接，第四电容C4和电压跟随器A2的正向输入端之间连接着第七电阻R7，第七电阻R7的另一端接地，电压跟随器A2的反向输入端和输出端连接；信号放大电路包括运算放大器A3，运算放大器A3的正向输入端经第五电容C5和电压跟随器A2的输出端连接，电压跟随器A2的输出端和第五电容C5之间连接着第八电阻R8和第九电阻R9，第八电阻R8的另一端接地，第九电阻R9的另一端接直流电，运算放大器A3的反向输入端经第十电阻R10、可调电阻R11、第十一电阻R12和输出端连接，运算放大器A3的输出端接Q9接头。上述的超声波信号采集装置，压电晶体通过耐高温锂基黄油和传声片紧贴。具体实施时，壳体I用不锈钢制作，不锈钢的壳体I可屏蔽外界的干扰信号；压电晶体封装筒6为圆柱形的黄铜筒，可屏蔽外界的干扰信号；壳体I内的磁钢柱5、压电晶体封装筒6、电路板11、电池12采用环氧树脂封装。·
权利要求1.超声波信号采集装置，包括柱状壳体(I)，壳体(I)的侧壁上设有Q9接头(2)，壳体(I)内固定有两端开口的压电晶体封装筒(6)和对压电晶体产生的电荷起放大、滤波作用的电路板(11)，压电晶体封装筒(6) —端开口处盖着封筒盖(7)，压电晶体封装筒(6)内放置有压电晶体(8)，压电晶体(8)的一端紧贴有传声片(9)，其特征在于还包括封装海绵(10)，封装海绵(10)的一端贴着压电晶体(8),封装海绵(10)的另一端贴着封筒盖(7)。
2.根据权利要求I所述的超声波信号采集装置，其特征在于对压电晶体产生的电荷起放大、滤波作用的电路板上的电路包括和压电晶体连接的电荷输入电路、电荷放大电路、高通滤波电路和信号放大电路，电荷输入电路包括第一电容(Cl),第一电容(Cl)的一端和压电晶体(8)连接，另一端经第一电阻(Rl)和第一晶体二极管(Dl)的正极连接，第一晶体二极管(Dl)的负极接地，第一晶体二极管(Dl)的两端反向并联着第二晶体二极管(D2)，第一电容(Cl)和地之间为电路的输入端；电荷放大电路包括场效应管(Ql)和电压比较器(Al)，场效应管(Ql)的栅极经第二电容(C2)和第一晶体二极管(Dl)的正极连接，漏极经第二电阻(R2)接直流电，源极经第三电阻(R3)接地，电压比较器(Al)的正向输入端和场效应管(Ql)的漏极连接，反向输入端经第四电阻(R4)接地，反向输入端还经第五电阻(R5)接直流电，电压比较器(Al)的输出端经第六电阻(R6)和第一晶体二极管(Dl)的正极连接，第六电阻(R6)两端并联着第三电容(C3);高通滤波电路包括第四电容(C4)和电压跟随器(A2)，第四电容(C4)的一端和电压比较器(Al)的输出端连接，另一端和电压跟随器(A2)的正向输入端连接，第四电容(C4)和电压跟随器(A2)的正向输入端之间连接着第七电阻(R7)，第七电阻(R7)的另一端接地，电压跟随器(A2)的反向输入端和输出端连接；信号放大电路包括运算放大器(A3)，运算放大器(A3)的正向输入端经第五电容(C5)和电压跟随器(A2)的输出端连接，电压跟随器(A2)的输出端和第五电容(C5)之间连接着第八电阻(R8)和第九电阻(R9)，第八电阻(R8)的另一端接地，第九电阻(R9)的另一端接直流电，运算放大器(A3)的反向输入端经第十电阻(R10)、可调电阻(R11)、第十一电阻(R12)和输出端连接，运算放大器(A3)的输出端接Q9接头(2)。
3.根据权利要求I所述的超声波信号采集装置，其特征在于压电晶体(8)通过耐高温锂基黄油和传声片(9)紧贴。
专利摘要本实用新型涉及一种电力设备绝缘故障的查找装置，具体为一种超声波信号采集装置，较好的解决了现有的超声波检测仪灵敏度不高以及电路结构不合理的问题。超声波信号采集装置，包括柱状壳体，壳体内固定有压电晶体封装筒和电路板，压电晶体封装筒一端开口处盖着封筒盖，压电晶体封装筒内放置有压电晶体，压电晶体的一端通过耐高温黄油紧贴着传声片，还包括封装海绵，封装海绵的一端贴着压电晶体，封装海绵的另一端贴着封筒盖，本实用新型利用封装海绵弹性好、耐高温黄油耦合声信号好的优点，提高了设备的灵敏度，而且对现有的电路进行了优化，使得电路结构更加合理，提高了对电压信号的放大效果，使得信号微弱时也可以在示波器上清楚的观察到。
文档编号G01R31/12GK202735471SQ20122044960
公开日2013年2月13日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者杨晓山, 宋志勇, 高存博, 李向前, 祁家平, 李汗信, 赵莉莉 申请人:山西省电力公司朔州供电分公司