專利名稱：一種超聲波局放檢測分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高壓設(shè)備絕緣缺陷的在線監(jiān)測與巡檢技術(shù)，尤其涉及一種基于音頻處理技術(shù)的超聲波局放檢測分析儀。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)改革發(fā)展的需要和用戶對供電可靠性要求的提高，高壓設(shè)備運(yùn)行的可靠性受到了越來越高的重視，但在配網(wǎng)中高壓設(shè)備的絕緣問題也愈來愈突出，嚴(yán)重影響了供電可靠性的提高。各種類型的高壓設(shè)備廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，在供電系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，對高壓設(shè)備進(jìn)行絕緣性能檢測與故障診斷，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)檢修的前提。電氣設(shè)備在長期的運(yùn)行過程中，必然會發(fā)生電的、熱的、化學(xué)的及異常情況下形成的絕緣劣化，導(dǎo)致電氣絕緣強(qiáng)度降低，甚至?xí)璉起設(shè)備故障。現(xiàn)階段國內(nèi)主要是按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求對配網(wǎng)中的高壓設(shè)備進(jìn)行定期的預(yù)防性試驗(yàn)，但預(yù)防性試驗(yàn)在實(shí)施過程中在經(jīng)濟(jì)角度、技術(shù)角度和現(xiàn)場使用方面都存在局限性。通過測量高壓設(shè)備在運(yùn)行過程中局部放電產(chǎn)生的電磁波信號和超聲波信號，從而判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況，是目前比較常用的測試方法。這些方法得到國內(nèi)外很多公司的引用， 效果良好，能夠?yàn)樵O(shè)備的絕緣狀態(tài)檢修提供有力的技術(shù)支持。國外目前對于高壓設(shè)備的局部放電檢測，比較成熟的做法是將超聲波傳感器檢測到的放電所產(chǎn)生的超聲波信號，利用外差法將被接收的信號轉(zhuǎn)換成一個人耳可聽見、可識別的音頻信號，并將信號以聲壓的方式顯示出來，檢測人員通過分析耳機(jī)中傳來的聲音以及顯示單元上的聲壓大小來判斷設(shè)備是否存在放電現(xiàn)象。這類設(shè)備都只是具備一般的巡檢能力，對于巡檢得到的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行歸納分析，因此，檢測人員只能根據(jù)當(dāng)時檢測到的數(shù)據(jù)對高壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判定，無法判斷設(shè)備在整體上是否發(fā)生變化，不能提供關(guān)于高壓設(shè)備是否存在問題的更為細(xì)致清晰的判據(jù)。這種類型的檢測設(shè)備只有終端，而且終端都不具備數(shù)據(jù)存儲能力，更不具備對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析綜合的能力。另一方面，這類設(shè)備的檢測能力與操作人員的主觀能動性息息相關(guān)，檢測人員的經(jīng)驗(yàn)豐富程度會直接影響最后的決斷， 存在誤判的隱患。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種超聲波局放檢測分析儀，能夠及時監(jiān)控高壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的故障。本實(shí)用新型提供的超聲波局放檢測分析儀，包括信號采集單元、信號處理單元以及設(shè)備維修決策單元，所述信號采集單元，用于接收外部輸入的由超聲波信號轉(zhuǎn)換過來的音頻信號，對接收到的音頻信號進(jìn)行調(diào)整以及模數(shù)轉(zhuǎn)換；[0010]所述信號處理單元，用于對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行時域頻域特性分析以及提取時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)；并將所述時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)與預(yù)先存儲的樣本庫中的樣本，根據(jù)預(yù)先存儲的與每類所述時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)對應(yīng)的閾值進(jìn)行比對，判斷是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度；設(shè)備維修決策單元用于接收所述信號處理單元的判斷結(jié)果輸出并顯示。本實(shí)用新型超聲波局放檢測分析儀提高了對高壓設(shè)備的現(xiàn)場巡檢檢測效率，信號處理單元使得本實(shí)用新型具備數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)分析綜合能力；其次，本實(shí)用新型將提取到的超聲波信號轉(zhuǎn)換為音頻信號并對時域頻域進(jìn)行特性分析，利用音頻處理技術(shù)對信號進(jìn)行時域頻域等特性分析，提取特征參數(shù)，對數(shù)據(jù)、波形進(jìn)行分析與綜合更精確的預(yù)防重大電力事故的發(fā)生，進(jìn)一步降低因電力事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的原理框圖；圖2為信號采集單元的一個實(shí)施例的原理框圖；圖3為信號處理單元的一個實(shí)施例的原理框圖；圖4為設(shè)備維修決策單元的一個實(shí)施例的原理框圖；圖5為一個優(yōu)選實(shí)施例中超聲波局放檢測分析儀的原理框圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 如圖1所示，本實(shí)用新型的超聲波局放檢測分析儀，包括信號采集單元、 信號處理單元以及設(shè)備維修決策單元，信號采集單元接收外部輸入的由超聲波信號轉(zhuǎn)換過來的音頻信號，對接收到的音頻信號進(jìn)行預(yù)處理，包括信號的調(diào)整以及模數(shù)轉(zhuǎn)換。信號處理單元對經(jīng)過預(yù)處理后的信號作進(jìn)一步的加工處理包括時域頻域特性分析、聲壓水平分析以及提取各特征參數(shù)，信號處理單元中預(yù)先存儲有判斷是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度的樣本庫以及與每類時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)相對應(yīng)的閾值，信號處理單元通過時域特性分析提取時域特征參數(shù)，通過頻域特性分析提取頻域特征參數(shù)，然后與預(yù)先存儲的閾值進(jìn)行比對，將判斷結(jié)果輸出給設(shè)備維修決策單元。設(shè)備維修決策單元根據(jù)各特征參數(shù)輸出并顯示維修策略，包括是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度。實(shí)施例2 本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的改進(jìn)，本實(shí)用新型的超聲波局放檢測分析儀還包括耳機(jī)，檢測者在檢測時一方面可以根據(jù)設(shè)備維修決策單元的顯示結(jié)果判斷是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度，同時還可以通過耳機(jī)中聽到的聲音來判斷是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度。由于遠(yuǎn)離局放源在耳機(jī)中聽到的信號為背景噪聲信息，因此耳機(jī)中的聲音摻雜了背景噪聲信息，將耳機(jī)中的音頻信號與背景噪音信息比較可以通過人的聽力作為一個輔助監(jiān)測的手段判斷是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度。實(shí)施例3 圖2是信號采集單元的一個實(shí)施例，信號采集單元包括信號調(diào)整單元和 ADC(Analog-to-Digital Conventer，模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換單元，信號調(diào)整單元與ADC轉(zhuǎn)換單元連接，該信號調(diào)整單元對接收到的模擬信號進(jìn)行調(diào)整，便于ADC轉(zhuǎn)換單元對信號的進(jìn)一步加工處理。由于超聲波傳感器的輸出信號通常是一些比較小的電壓、電流或阻抗變化值，因此需要通過信號調(diào)整單元將模擬信號在被轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之前進(jìn)行一定調(diào)整，例如放大、濾波、緩沖，或?qū)δM信號進(jìn)行擴(kuò)大，將其作為適合ADC轉(zhuǎn)換單元的輸入。所述的 ADC轉(zhuǎn)換單元對調(diào)整后的模擬信號進(jìn)行采樣、量化等操作，將信號轉(zhuǎn)換為適于信號處理單元操作的數(shù)字信號。實(shí)施例4 圖3是信號處理單元的一個實(shí)施例，包括嵌入式處理器、數(shù)據(jù)存儲單元以及通訊設(shè)備，嵌入式處理器與信號采集單元的輸出端連接，作為一個實(shí)施例，嵌入式處理器可以與圖2中的ADC轉(zhuǎn)換單元連接。嵌入式處理器與數(shù)據(jù)存儲單元雙向連接，無線通訊設(shè)備與嵌入式處理器連接。作為一個實(shí)施例，嵌入式處理器可以是DSP芯片。嵌入式處理器對所接收的信號進(jìn)行頻域時域等特性分析，在時域中提取時域特征參數(shù)，包括局部放電幅值、局放相位、放電頻率、衰減系數(shù)、自相關(guān)系數(shù)、短時平均幅度差，并對時域信號進(jìn)行FFT 變換，提取頻域特征參數(shù)，包括頻率分量的幅值、功率、放電頻帶寬度及中心頻率。值得一提的是，通信設(shè)備可以是無線通訊模塊也可以是有線通信設(shè)備。所述的數(shù)據(jù)存儲單元用于數(shù)據(jù)的存儲與管理，預(yù)先存儲有判斷是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度的時域特征參數(shù)樣本和頻域特征參數(shù)樣本的樣本庫，嵌入式處理器中預(yù)先存儲有與各類型時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)對應(yīng)的閾值(閾值是可調(diào)的，并不是一個樣本對應(yīng)一個閾值，可是經(jīng)過多次試驗(yàn)后得到的經(jīng)驗(yàn)值，并且可以調(diào)整)，將所提取的各特征參數(shù)與樣本庫中的樣本進(jìn)行比對，根據(jù)閾值判斷是否存在局部放電以及放電的嚴(yán)重程度，然后將判斷結(jié)果通過無線通訊設(shè)備或有線通訊設(shè)備輸出給設(shè)備維修決策單元。作為一個實(shí)施例，數(shù)據(jù)存儲單元由數(shù)據(jù)存儲卡充當(dāng)。另外，作為一個優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)嵌入式處理器提取的特征參數(shù)之前尚未在數(shù)據(jù)存儲單元中存儲，可以按照預(yù)定條件存儲相關(guān)的特征參數(shù)，例如可以將有效的特征參數(shù)存入數(shù)據(jù)存儲單元，有效的特征參數(shù)是指對將來判斷起作用的特征參數(shù)，以豐富樣本庫的樣本種類。本實(shí)施例使用嵌入式技術(shù)開發(fā)應(yīng)用，體積小，重量輕便于攜帶，儀器的輸入為音頻信號，實(shí)時提取音頻信號的時域頻域特性參數(shù)，采用GPRS或WIFI方式聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸，利用語音識別技術(shù)進(jìn)行簡單故障判斷。同時外部接線少，提高了現(xiàn)場操作的安全性。實(shí)施例5 圖4是設(shè)備維修決策單元的實(shí)施例，包括決策分析單元和顯示單元，決策分析單元與信號處理單元的輸出端連接，作為一個實(shí)施例，可以與圖3中的通訊設(shè)備通過無線連接，無線通訊設(shè)備通過GPRS或WIFI方式將數(shù)據(jù)傳輸給決策分析單元。當(dāng)然，也可以通過有線的方式傳輸。另外，還可以決策分析單元還可以包括波形輸出模塊，負(fù)責(zé)根據(jù)接收到的特征參數(shù)輸出波形，調(diào)節(jié)控制模塊，負(fù)責(zé)信號增益大小的調(diào)節(jié)、信息的選擇與控制以及儀器的開關(guān)操作，顯示單元還可以包括波形顯示單元等。決策分析單元接收到信號處理單元的判斷結(jié)果并顯示提示信息，提示是否有放電以及放電的嚴(yán)重程度信息，另外信號處理單元也可以將所提取的特征參數(shù)發(fā)送給決策分析單元，另外還可以在采集音頻信號的時候存儲波形信息，并發(fā)送給決策分析單元，決策分析單元輸出特性參數(shù)以及波形信息給顯示單元顯示，供用戶對設(shè)備的絕緣缺陷進(jìn)行綜合判斷。實(shí)施例6 本實(shí)施例中還包括音頻接收線，用于將超聲波轉(zhuǎn)換為音頻信號。所述的音頻接收線負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)換的音頻信號接入儀器，將信號傳輸給信號采集單元。為了更加清晰的理解本實(shí)用新型，圖5列舉了一個本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)施例中首先將該裝置與超聲波傳感器相連接，如圖所示音頻接收線接收到超聲波信號后轉(zhuǎn)換為音頻信號，將音頻信號一路傳輸?shù)蕉鷻C(jī)中以備檢測人員監(jiān)聽；另一路傳輸給信號調(diào)整單元，信號調(diào)整單元對接收到的模擬音頻信號進(jìn)行調(diào)整便于ADC轉(zhuǎn)換單元的進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，ADC轉(zhuǎn)換單元的輸出端與DSP芯片的輸入端連接，DSP芯片預(yù)先存儲有與各種類型的時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)相對應(yīng)的閾值，DSP芯片對所接收的數(shù)字信號進(jìn)行時域分析， 提取時域特征參數(shù)，同時對信號進(jìn)行FFT變換提取頻域特征參數(shù)，DSP芯片與數(shù)據(jù)存儲單元雙向連接，DSP的輸出端與無線通訊設(shè)備的輸入端連接，DSP芯片將所提取的時域特征參數(shù)與頻域特征參數(shù)與數(shù)據(jù)存儲單元中預(yù)先存儲的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的閾值得出比對結(jié)果，并且如果數(shù)據(jù)存儲單元中沒有存儲所提取出的時域特征參數(shù)或頻域特征參數(shù)，則根據(jù)比對結(jié)果將所需要的特征參數(shù)存入數(shù)據(jù)存儲單元。無線設(shè)備將DSP所提取的時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)以及DSP芯片的判斷結(jié)果傳輸給決策分析單元，在決策分析單元，輸出所接收到的特征參數(shù)通過顯示單元顯示信號波形、若干時域頻域特征參數(shù)以及一些決策提示信息。另外DSP還可以將接收到的音頻信號進(jìn)行存儲，在音頻信號中摻雜有遠(yuǎn)離局放源時測到的背景噪音，將這些背景噪音輸出給決策分析單元，決策分析單元就可以輸出給顯示單元顯示背景噪聲波形與局部放電音頻信號波形，用戶根據(jù)需要選擇相應(yīng)的調(diào)節(jié)按鈕調(diào)整波形。本實(shí)用新型超聲波局放檢測分析儀體積小、重量輕便于攜帶，提高了對高壓設(shè)備的現(xiàn)場巡檢檢測效率，數(shù)據(jù)存儲單元與嵌入式處理器的應(yīng)用使得本實(shí)用新型具備數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)分析綜合能力；其次，本實(shí)用新型將提取到的超聲波信號轉(zhuǎn)換為音頻信號并對時域頻域進(jìn)行特性分析，利用音頻處理技術(shù)對信號進(jìn)行時域頻域等特性分析，提取特征參數(shù)，對數(shù)據(jù)、波形進(jìn)行分析與綜合，結(jié)合耳機(jī)中聽到的聲音信號，并與背景噪聲信息進(jìn)行比較判斷，得到高壓設(shè)備更為細(xì)致清晰的絕緣狀態(tài)描述。更精確的預(yù)防重大電力事故的發(fā)生，進(jìn)一步降低因電力事故帶來的經(jīng)濟(jì)損失。本實(shí)用新型可以通過現(xiàn)場便攜式檢測，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)的保存、分析與綜合，對故障進(jìn)行簡單判斷，全面掌握高壓設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的功能。以上所述的本實(shí)用新型實(shí)施方式，并不構(gòu)成對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。任何在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種超聲波局放檢測分析儀，其特征在于，包括信號采集單元、信號處理單元以及設(shè)備維修決策單元，所述信號采集單元，用于接收外部輸入的由超聲波信號轉(zhuǎn)換過來的音頻信號，對接收到的音頻信號進(jìn)行調(diào)整以及模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述信號處理單元，用于對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行時域頻域特性分析以及提取時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)；并將所述時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)與預(yù)先存儲的樣本庫中的樣本，根據(jù)預(yù)先存儲的與每類所述時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)對應(yīng)的閾值進(jìn)行比對，判斷是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度；設(shè)備維修決策單元用于接收所述信號處理單元的判斷結(jié)果輸出并顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波局放檢測分析儀，其特征在于還包括耳機(jī)接口，用于接收外部輸入的由超聲波信號轉(zhuǎn)換過來的音頻信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波局放檢測分析儀，其特征在于所述信號采集單元包括信號調(diào)整單元和ADC轉(zhuǎn)換單元；所述信號調(diào)整單元用于，對接收到的音頻信號進(jìn)行調(diào)整；所述ADC轉(zhuǎn)換單元用于進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的超聲波局放檢測分析儀，其特征在于所述信號處理單元包括嵌入式處理器、數(shù)據(jù)存儲單元以及通信設(shè)備；所述數(shù)據(jù)存儲單元用于存儲所述樣本庫；所述嵌入式設(shè)備，用于預(yù)先存儲與每類所述時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)對應(yīng)的閾值，接收模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號，進(jìn)行時域頻域特性分析、以及提取時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)，并將所述時序特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)與所述樣本庫中的樣本比對，根據(jù)所述閾值獲得比對結(jié)果，判斷是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度；所述通信設(shè)備用于所述設(shè)備維修決策單元進(jìn)行通信。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波局放檢測分析儀，其特征在于所述設(shè)備維修決策單元包括決策分析單元和顯示單元；決策分析單元用于接收所述通信設(shè)備發(fā)送的所述嵌入式設(shè)備的判斷結(jié)果并輸出給顯示單元；所述顯示單元用于顯示所述判斷結(jié)果。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲波局放檢測分析儀，其特征在于所述通信設(shè)備包括無線通信設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波局放檢測分析儀，其特征在于還包括音頻接收線，用于將外部輸入的超聲波信號轉(zhuǎn)換為音頻信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波局放檢測分析儀，其特征在于所述時域特征參數(shù)包括局部放電幅值、局放相位、放電頻率、衰減系數(shù)、自相關(guān)系數(shù)、短時平均幅度差，所述頻域特征參數(shù)包括頻率分量的幅值、功率、放電頻帶寬度及中心頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波局放檢測分析儀，其特征在于所述嵌入式處理器還用于判斷所述時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)是否在所述樣本庫中存在以及是否超過所述閾值，并將所述時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)按照預(yù)定條件存儲進(jìn)所述數(shù)據(jù)存儲單元。
專利摘要本實(shí)用新型提供的超聲波局放檢測分析儀，包括信號采集單元、信號處理單元以及設(shè)備維修決策單元，信號采集單元用于接收外部輸入的由超聲波信號轉(zhuǎn)換過來的音頻信號，對接收到的音頻信號進(jìn)行調(diào)整以及模數(shù)轉(zhuǎn)換；信號處理單元對所述模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行時域頻域特性分析以及提取時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)；并將所述時域特征參數(shù)和頻域特征參數(shù)與預(yù)先存儲的樣本庫中的樣本比對，根據(jù)預(yù)先存儲的與每類時域和頻域特征參數(shù)相對應(yīng)的閾值進(jìn)行比對，判斷是否有局部放電以及放電嚴(yán)重程度；設(shè)備維修決策單元用于接收所述信號處理單元的判斷結(jié)果輸出并顯示。本實(shí)用新型能夠及時監(jiān)控高壓設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的故障。
文檔編號G01R31/12GK201974503SQ201120091218
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者周玲, 楊柳, 熊俊, 田立斌, 陸國俊, 黃炎光 申請人:華南理工大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司廣州供電局