本發(fā)明涉及一種校驗(yàn)系統(tǒng)，尤其涉及一種超聲波局部放電檢測(cè)裝置的檢測(cè)與校驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

局部放電是高壓電力設(shè)備一個(gè)重要的絕緣技術(shù)指標(biāo)，在高壓電力設(shè)備的性能檢測(cè)中被廣泛應(yīng)用。相對(duì)于局部放電其他檢測(cè)方法，超聲波檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)靈敏度高、抗干擾性好、可在線(xiàn)檢測(cè)和定位等特點(diǎn)，已成為高壓電氣設(shè)備局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的重要手段之一。

隨著科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，超聲波傳感器及超聲波局部放電檢測(cè)裝置形式多樣、種類(lèi)繁多，同時(shí)也造成了檢測(cè)性能的良莠不齊，比如，傳感器的中心頻率、頻率帶寬、靈敏度及線(xiàn)性度等參數(shù)都可能存在差異。IEC60270、GB7354以及高壓設(shè)備的生產(chǎn)試驗(yàn)等標(biāo)準(zhǔn)對(duì)局部放電的試驗(yàn)方法和合格指標(biāo)已做明確規(guī)定，但針對(duì)局部放電超聲波檢測(cè)方式還沒(méi)有相關(guān)規(guī)范，超聲波局部放電檢測(cè)裝置也沒(méi)有統(tǒng)一的檢測(cè)校驗(yàn)方法和綜合性能的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，因此對(duì)超聲波方式局部放電檢測(cè)裝置的檢測(cè)和校驗(yàn)研究具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)在高壓電力設(shè)備內(nèi)部放置放電模型進(jìn)行局放儀的檢測(cè)與校驗(yàn)的時(shí)，檢測(cè)校驗(yàn)單位必須建立龐大的高壓電力設(shè)備實(shí)驗(yàn)室、利用高壓產(chǎn)生局部放電缺陷才能進(jìn)行檢驗(yàn)、增加了系統(tǒng)研發(fā)難度和檢測(cè)人員技術(shù)水平要求、需投入大量高壓設(shè)備費(fèi)用等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種超聲波局部放電檢測(cè)裝置的檢測(cè)與校驗(yàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

超聲波局部放電檢測(cè)裝置的檢測(cè)與校驗(yàn)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：局部放電超聲波模擬發(fā)生單元、超聲波采集處理單元、主控單元和超聲波測(cè)試平臺(tái)等組成。檢測(cè)與校驗(yàn)系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成獨(dú)立的臺(tái)式儀器或基于工控機(jī)的一體機(jī)等形式。為了充分利用計(jì)算機(jī)信息處理和顯示的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，本文采用基于PCI總線(xiàn)的工控一體機(jī)結(jié)構(gòu)。

所述的超聲波測(cè)試平臺(tái)主要功能是按照系統(tǒng)要求發(fā)射幅度和頻率可調(diào)的超聲波信號(hào)，并確保待測(cè)超聲波傳感器（超聲波檢測(cè)裝置）完好接收上述超聲波信號(hào)，主要包含超聲波發(fā)射模塊和待測(cè)超聲波傳感器等，在測(cè)試平臺(tái)中，超聲波發(fā)射模塊和超聲波傳感器是測(cè)試平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

所述的局部放電超聲波模擬發(fā)生單元主要采用任意波形發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬發(fā)生單元采用基于PCI總線(xiàn)的現(xiàn)代場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)技術(shù)結(jié)合專(zhuān)門(mén)DDS芯片的板卡形式，組成部分主要有PCI接口模塊、任意波形發(fā)生模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和超聲波傳感器等。

所述的超聲波信號(hào)采集模塊主要負(fù)責(zé)將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并把數(shù)字信號(hào)傳輸給工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電信號(hào)的采集和傳輸。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，高速信號(hào)采集模塊采用基于PCI總線(xiàn)的板卡形式，組成部分主要有信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和傳輸接口單元等部分。

本發(fā)明的有益效果是：

超聲波局部放電檢測(cè)裝置的檢測(cè)與校驗(yàn)系統(tǒng)可通過(guò)工控機(jī)軟件靈活地控制信號(hào)的波形、頻率、幅度、相位等參數(shù)，穩(wěn)定的輸出超聲波信號(hào)到超聲波發(fā)射平臺(tái)，高速數(shù)據(jù)采集模塊可有效采集到被測(cè)試檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)，進(jìn)工控機(jī)分析處理并判斷出被測(cè)試超聲波裝置的性能優(yōu)劣和整體評(píng)估。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是超聲波局部放電檢測(cè)裝置的檢測(cè)與校驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2是超聲波模擬發(fā)生單元結(jié)構(gòu)圖。

圖3是超聲波信號(hào)采集模塊框圖。

圖4是信號(hào)調(diào)理單元框圖。

圖5是高通濾波器。

圖6是增益選擇網(wǎng)絡(luò)。

圖7是放大電路。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，超聲波局部放電檢測(cè)裝置的檢測(cè)與校驗(yàn)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：局部放電超聲波模擬發(fā)生單元、超聲波采集處理單元、主控單元和超聲波測(cè)試平臺(tái)等組成。主控單元為帶有信號(hào)處理與分析功能專(zhuān)業(yè)軟件的工控機(jī)，對(duì)待測(cè)超聲波傳感器或局部放電檢測(cè)裝置采集到的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析處理，研究頻譜響應(yīng)、靈敏度及線(xiàn)性度等特性，給出待測(cè)裝置整體性能評(píng)估；局部放電超聲波模擬發(fā)生單元主要在主控單元的控制下模擬產(chǎn)生局部放電缺陷所對(duì)應(yīng)的超聲波信號(hào)到測(cè)試平臺(tái)，該信號(hào)波形、頻率、幅值等任意可調(diào)；超聲波采集處理單元主要采集緩存接收到的超聲波信號(hào)并傳輸給主控單元進(jìn)行處理顯示；超聲波測(cè)試平臺(tái)包含超聲波發(fā)射器、待測(cè)超聲波傳感器（檢測(cè)裝置）等組合而成，其中超聲波發(fā)射器及其布局控制是測(cè)試平臺(tái)的關(guān)鍵部分，它的好壞直接影響著檢測(cè)與校驗(yàn)系統(tǒng)的有效性和準(zhǔn)確度。在超聲波測(cè)試平臺(tái)中，超聲波發(fā)生模塊有超聲波發(fā)射傳感器和超聲波接受（控制）傳感器組成。其中，超聲發(fā)射傳感器位于測(cè)試平臺(tái)底部，通過(guò)超聲波模擬發(fā)生單元由工控機(jī)控制輸出指定頻率和幅度的超聲波信號(hào)到測(cè)試平臺(tái)上；超聲波接受（控制）傳感器位于測(cè)試平臺(tái)頂部，接收發(fā)射傳感器發(fā)射出來(lái)的超聲波信號(hào)并通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元采集傳輸?shù)焦た貦C(jī)，通過(guò)工控機(jī)計(jì)算超聲波信號(hào)頻率和幅值，然后比較超聲波頻率和幅值的采集值和設(shè)定值，依據(jù)采集值進(jìn)一步調(diào)整超聲波發(fā)射信號(hào)設(shè)定值，直到輸出滿(mǎn)足該頻率要求的超聲波發(fā)射信號(hào)；接著改變頻率，設(shè)定調(diào)整下一頻率段的超聲波信號(hào)到測(cè)試平臺(tái)，直到覆蓋50～300kHZ整個(gè)頻段的超聲波信號(hào) 。

如圖2所示，局部放電超聲波模擬發(fā)生單元主要采用任意波形發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬發(fā)生單元采用基于PCI總線(xiàn)的現(xiàn)代場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)技術(shù)結(jié)合專(zhuān)門(mén)DDS芯片的板卡形式，組成部分主要有PCI接口模塊、任意波形發(fā)生模塊、信號(hào)調(diào)理模塊和超聲波傳感器等。PCI接口模塊提供計(jì)算機(jī)和板卡之間信息傳遞的橋梁，實(shí)現(xiàn)雙方信息的相互通信；任意波形發(fā)生模塊包括FPGA單元、DDS單元、高速DA轉(zhuǎn)換器、SDRAM存儲(chǔ)器等，主要功能就是根據(jù)局放缺陷類(lèi)型（或用戶(hù)需要）產(chǎn)生波形信號(hào)，以及在波形確定的情況下調(diào)整頻率、相位等其他參數(shù)；信號(hào)調(diào)理模塊包括低通濾波器和功率放大電路兩部分，保證完成對(duì)輸出波形進(jìn)行濾波、幅度控制、偏移控制、功率放大等處理，實(shí)現(xiàn)輸出波形的幅度、偏移等輸出參數(shù)的調(diào)節(jié)等功能。

如圖3所示，高速信號(hào)采集模塊采用基于PCI總線(xiàn)的板卡形式，組成部分主要有信號(hào)調(diào)理單元、數(shù)據(jù)采集單元和傳輸接口單元等部分。信號(hào)采集模塊首先對(duì)超聲波傳感器接收到的模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，接著送入高速ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后數(shù)據(jù)被送入FPGA單元，進(jìn)行高速數(shù)據(jù)流緩沖和數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；同時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可以通過(guò)PCI總線(xiàn)傳輸?shù)焦た貦C(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、處理以及顯示等功能。其中信號(hào)調(diào)理通道和觸發(fā)通道的控制信號(hào)由FPGA發(fā)出。

如圖4所示，信號(hào)調(diào)理單元的輸入信號(hào)先經(jīng)過(guò)帶高壓保護(hù)的三階高通濾波器進(jìn)行初步干擾處理；再經(jīng)過(guò)增益選擇網(wǎng)絡(luò)及初級(jí)放大后，進(jìn)入帶通濾波網(wǎng)絡(luò)篩選出系統(tǒng)所需要頻帶內(nèi)的信號(hào)；經(jīng)過(guò)再次放大處理后的信號(hào)即可輸送到高速數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換。

如圖5所示，阻抗匹配和高通濾波電路既提高了超聲信號(hào)的強(qiáng)度，又對(duì)干擾信號(hào)中幅值較高的低頻信號(hào)經(jīng)過(guò)高通濾波器進(jìn)行初步干擾處理，從而獲得所需信號(hào)。

如圖6所示，當(dāng)輸入端的超聲波信號(hào)過(guò)大時(shí)，可能會(huì)造成系統(tǒng)后級(jí)放大器的飽和，所以過(guò)大的超聲波輸入信號(hào)通過(guò)增益選擇網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一定的衰減再使其進(jìn)入后級(jí)的放大器進(jìn)行信號(hào)放大及阻抗變換處理。該增益選擇網(wǎng)絡(luò)采用運(yùn)算放大器和精密數(shù)字電位器搭建，通過(guò)控制數(shù)字電位器滑動(dòng)觸頭向VL或VH滑動(dòng)，既可降低或增高增益一級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)0dB、20dB、40dB、60dB信號(hào)衰減，可以有效的控制輸入信號(hào)的幅值，從而防止放大電路由于輸入信號(hào)幅值過(guò)高而出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。

如圖7所示，不同的超聲波傳感器具有不同的中心頻率，為進(jìn)一步減少干擾，超聲信號(hào)需要經(jīng)過(guò)包含所傳感器中心頻率的帶通濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步濾波去干擾。此外，在帶通濾波器的輸入端和輸出端分別設(shè)置初級(jí)放大電路和次級(jí)放大電路，放大電路不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波信號(hào)的放大作用，同時(shí)使信號(hào)調(diào)理模塊中的前后電路達(dá)到阻抗匹配的目的。