一种兆赫兹超声波换能器在超声波局放仪校验领域的应用的制作方法

本发明涉及高压检测
技术领域：
，具体涉及一种兆赫兹超声波换能器在超声波局放仪校验领域的应用。
背景技术：
：目前超声波换能器在超声波局放仪校验领域得到了广泛应用，在对超声波传感器进行校验时，一般是通过更换不同主谐振频率的超声波换能器来拟合传感器的幅频响应曲线，与被测传感器出厂已知的幅频响应曲线做对比来验证传感器性能的好坏，所使用的超声波换能器一般主谐振频率为二十千赫兹到两百千赫兹，根据不同检测频带的超声波传感器，选择相应频段主谐振频率的超声波换能器，而对于同一试验中所用到的不同主谐振频率的换能器需保证在主谐振频率下响应峰值基本相同，输出功率基本相同。以校验非接触式超声波局放仪(频率响应最好的点一般在40K左右)为例，选取检测频带为20k-60kHz、峰值频率为38.57kHz的超声波传感器为例，具体试验方法如下：步骤一：根据已知传感器的检测频带，分别选取主谐振频率为20kHz、30kHz、38kHz、39kHz、40kHz、41kHz、42kHz、50kHz、60kHz的超声波换能器；步骤二：将主谐振频率为20kHz的超声波换能器固定到非接触式超声波局放仪校验装置的相应位置，超声波传感器与示波器相接，信号源与超声波换能器相接；步骤三：调节信号源，输入频率20kHz，幅值1V的信号到超声波换能器；步骤四：观察示波器的幅频响应曲线，记录示波器在20kHz的响应值；步骤五：更换主谐振频率为25K的超声波换能器，重复步骤二到步骤四，记录示波器在25K时的响应值；步骤六：以此类推，更换不同主谐振频率的超声波换能器，调节信号源的输入频率为相应换能器的主谐振频率，记录相应的幅频响应值；步骤七：根据数据记录，绘制传感器的幅频响应曲线；步骤八：根据绘制的传感器的幅频响应曲线，对比已知的传感器的幅频响应曲线，即可判断传感器性能的好坏；步骤九：若传感器正常，将主谐振频率为40kHz的超声波换能器固定到非接触式超声波局放仪校验装置相应位置，并将示波器换为被测局放仪，与传感器相接；步骤十：调节信号源，输入40kHz、1V的信号，记录局放仪的响应值；步骤十一：不断更换主谐振频率为40kHz附近值的换能器，记录局放仪的响应值，对比确定局放仪频率响应最好的频率值f0；步骤十二：固定信号源输出频率为f0，并逐步调节信号幅值，使得局放仪接近满刻度，记下这时信号源输出幅值U和局放仪显示值A；步骤十三：记录局放仪分别在信号源输出U、0.8U、0.6U、0.2U信号时的响应值，根据记录的数据，计算仪器的线性度误差；步骤十四：将所计算的线性度误差与标准规定的值做比较，确定局放仪线性度是否良好；如图1所示，非接触式超声波传感器的已知幅频响应曲线，如图2所示，非接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线。表1为非接触式超声波的实测幅频响应试验数据1频率/kHz幅频响应值/dB频率/kHz幅频响应值/dB20-58.040-9.025-45.041-10.030-39.045-35.035-35.050-45.038-1.055-50.039-8.060-57.0表1接触式超声波局放仪校验方法与非接触式超声波校验方法雷同，不同在于：1.校验装置结构及超声波的传播介质不同；2.仪器的检测频带范围不同，为确定仪器的实际检测频带是否符合相关标准要求，增加了检测频带宽度试验。具体方法与接触式的差异在于：1.仪器及传感器的主谐振频率有所差异，所选择的换能器的主谐振频率需做相应的调整；2.增加以下步骤：步骤十五：调节信号源输出幅值1V，并固定频率为被测局放仪响应最好的频率值，记录局放仪的最大响应值；步骤十六：信号源输出幅值不变，增大信号源输出频率，使局放仪的的响应值归一化输出降到0.501时的频率点(-6dB点)，确定仪器的上限截止频率，同理减小信号源输出频率，使局放仪的的响应值归一化输出降到0.501时的频率点(-6dB点)，确定仪器的下限截止频率；步骤十七：根据仪器的上下截止频率确定频带宽度，与相关标准规定做比较，判断仪器是否符合要求；对于检测充油电力设备的超声波局放仪，一般检测频带在80kHz-200kHz。如下图3所示为用于检测充油电力设备的接触式超声波传感器的已知幅频响应曲线、图4所示为用于检测充油电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线。表2为用于检测充油电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应试验数据1频率/kHz幅频响应值/dB频率/kHz幅频响应值/dB60-60.0170-25.080-57.0180-28.0100-28.0190-30.0120-24.0200-40.0140-22.0220-48.0160-21.0240-30.0表2对于用于检测SF6气体绝缘电力设备的超声波局放仪，一般检测频带在20kHz-80kHz，如下图5为用于检测SF6气体绝缘电力设备的接触式超声波传感器的已知幅频响应曲线；如下图6所示为用于检测SF6气体绝缘电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线。表3为用于检测SF6气体绝缘电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应试验数据1频率/kHz幅频响应值/dB频率/kHz幅频响应值/dB20106.060117.525107.065115.030111.070114.035113.075112.540115.580111.545117.585110.550118.590110.055118.095108.0表3在上述换能器应用过程中，要保证在信号源输入信号幅值不变的情况下所更换的超声波换能器在各自的主谐振频率点处的幅频响应值基本相同、功率恒定不变，在换能器制作上是相当困难的。一旦换能器的性能无法统一保证，试验过程中所得到的数据偏差就会特别大，从而使仪器考核的可靠性大大降低；另外这种原始的试验方式只有用的换能器越多，得到的数据才能更加完整的绘制出准确的幅频曲线，而试验过程中不断的更换换能器让试验相当繁琐，不仅增加了工作量及仪器考核校验的成本，而且只利用到了换能器的主谐振频率点，使换能器的利用效率大大降低。目前市面上已有各种主谐振频率级别的换能器，其中兆赫兹级换能器在许多领域中得到了广泛应用，如医学诊断、超声波清洗、管道检测、育种、杀虫等。而在电力行业的超声波校验检测领域，兆赫兹级换能器还未涉足。通常的超声校验利用的是换能器的主谐振频率点，这些点必须要在超声波检测频带内，所以这些换能器的主谐振频率点在几十千赫兹到几百千赫兹之间，且输出功率很难统一，因此很难得到线性度良好、输出功率平稳的超声波信号。考虑此现状，结合换能器的特性曲线，本发明提出了一种兆赫兹级超声换能器的应用方法。技术实现要素：本发明针对现有技术的不足，提出了一种兆赫兹超声波换能器在超声波局放仪校验领域的应用。本发明为一种兆赫兹超声波换能器在超声波局放仪校验领域的应用；本发明还包括一种兆赫兹超声波换能器在非接触式超声波局放仪校验上的应用；本发明还包括兆赫兹超声波换能器在接触式超声波局放仪校验上的应用。所述的接触式超声波局放仪包括用于检测充油电力设备的超声波局放仪、用于检测SF6气体绝缘电力设备的超声波局放仪。本发明所产生的效益：兆赫兹级换能器在超声波局放仪校验领域上的应用，总体降低了换能器制作难度，整个过程只需一次设计好的超声波换能器，无需更换，并且对于保证多个换能器的功率及中心谐振频率点处响应相同不再做要求，只需通过让检测频带处于所设计换能器旁瓣的平稳段，即可得到完全符合超声波局放测试校验需求的超声波信号，完成仪器校验。该应用提高了超声波局放仪校验的可靠性和便捷性，降低了超声波局放仪校验成本，提高了换能器的利用效率。附图说明图1为非接触式超声波传感器的已知幅频响应曲线；图2为非接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线1；图3为用于检测充油电力设备的接触式超声波传感器的已知幅频响应曲线；图4为用于检测充油电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线1；图5为用于检测SF6气体绝缘电力设备的接触式超声波传感器的已知幅频响应曲线；图6为用于检测SF6气体绝缘电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线1；图7为非接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线2；图8为用于检测充油电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线2；图9为用于检测SF6气体绝缘电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线2。具体实施方式本发明提出了一种兆赫兹超声波换能器在超声波局放仪校验领域的应用。该方法基于超声波换能器的幅频响应曲线，通常超声波换能器的幅频响应曲线有一个最高的频率响应峰值点，该频率点为换能器的主谐振频率点，靠近主谐振频率点的幅频响应曲线变化趋势较大，而远离主谐振频率点的幅频响应曲线起伏非常平稳。在校验平台对超声波局放检测仪进行校验时，可选取主谐振频率点远大于超声波检测频带上限值的换能器，使得超声波检测频带处于换能器幅频曲线的平稳段，即可直接利用换能器幅频响应曲线旁瓣的平稳段进行超声波校验试验。对于兆赫兹超声波换能器在非接触式超声波局放仪校验上的应用，具体包括以下步骤：步骤一：将兆赫兹级超声波换能器固定到非接触式超声波局放仪校验装置相应位置，超声波传感器与示波器相接，信号源与超声波换能器相接；步骤二：调节信号源输出幅值1V的信号，从20k-60kHz连续调节信号源频率，分别记录各频率点的响应值，见表4为非接触式超声波传感器的实测幅频响应试验数据2；图7为非接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线2；步骤三：根据所记录的数据绘制传感器的幅频响应曲线如图7，与传感器出厂的已知幅频响应曲线做对比，验证传感器性能的好坏；步骤四：若传感器正常，则将示波器换为被测局放仪，与超声波传感器相接；步骤五：调节信号源，输入幅值1V、40kHz的信号，微调信号频率，观察仪器上的响应值，确定被测仪器频率响应最好的频率点f0；步骤六：固定信号源输出频率为f0，并逐步调节信号幅值，使得局放仪接近满刻度，记下这时信号源输出幅值U和局放仪显示值A；；步骤七：记录局放仪分别在信号源输出U、0.8U、0.6U、0.2U信号时的响应值，根据记录的数据，计算仪器的线性度误差；步骤八：将所计算的线性度误差与标准规定的值做比较，确定局放仪线性度是否良好。表4对于兆赫兹超声波换能器在接触式超声波局放仪校验上的应用，具体包括以下步骤：接触式超声波与非接触式超声波的校验方法类似，由于兆赫兹换能器的运用，可以在所有超声检测频带20kHz到200kHz内连续调节，故无需再考虑仪器本身检测频带对换能器的制作要求。对于接触式只需增加检测频带试验，具体如下：步骤九：调节信号源输入1V信号，并固定信号输出被测局放仪响应最好的频率值，记录局放仪的最大响应值；步骤十：信号源输出幅值不变，增大信号源输出频率，使局放仪的的响应值归一化输出降到0.501时的频率点(-6dB点)，确定仪器的上限截止频率，同理减小信号源输出频率，使局放仪的的响应值归一化输出降到0.501时的频率点(-6dB点)，确定仪器的下限截止频率；步骤十一：根据仪器的上下截止频率确定频带宽度，与相关标准规定做比较，判断仪器是否符合要求。用于充油电力设备的接触式局部放电超声波检测仪，一般检测频带在80kHz-200kHz，兆赫兹试验数据如下表5为用于检测充油电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应试验数据2；图8为用于检测充油电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线2；频率/kHz幅频响应值/dB频率/kHz幅频响应值/dB60-60.0165-21.565-56.0170-22.570-50.0175-23.075-45.0180-24.080-40.0185-25.085-35.0190-30.090-30.0195-34.095-29.0200-38.0100-28.0205-42.0105-26.0210-48.0110-25.0215-38.0115-24.0220-35.0120-24.5225-32.0125-25.0230-30.0130-24.0235-28.0135-23.5240-27.5140-23.0245-28.0145-22.0250-30.0150-20.5255-31.0155-21.5260-32.5160-21.0265-33.0对于用于SF6气体绝缘电力设备的超声波局放仪，一般检测频带在20kHz-80kHz，具体试验数据如下表6为用于检测SF6气体绝缘电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应试验数据2：图9为用于检测SF6气体绝缘电力设备的接触式超声波传感器的实测幅频响应曲线2；频率/kHz幅频响应值/dB频率/kHz幅频响应值/dB20106.556117.022107.058116.624108.560116.226109.562115.828110.564115.430111.566115.032112.568114.534113.570114.036114.572113.638115.374113.240116.076112.842116.578112.444117.080112.046117.682111.648117.784111.250117.886110.852117.688110.454117.490110.0表6当前第1页1 2 3