接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的制作方法

本发明涉及局部放电仪测试技术领域，具体而言，涉及一种用于对接触式超声波局部放电检测仪的指标进行测试的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置。

背景技术：

在电力系统中，局部放电是一种较为普通的现象。所谓局部放电，主要是指高压电气设备绝缘在足够强的电场作用下局部范围内发生的放电，这种放电以仅造成导体间的绝缘局部短接而不形成导电通道为限。每一次局部放电对绝缘介质都会有一些影响，轻微的局部放电对电力设备绝缘的影响较小，绝缘强度下降较慢；而强烈的局部放电，则会使绝缘强度很快下降。这是使高压电力设备绝缘损坏的一个重要因素。因此，对运行中的设备要加强对局部放电的监测，当局部放电超过一定程度时，应将设备退出运行，进行检修或更换。

目前，一般使用接触式超声波局部放电检测仪对局部放电进行检测，但该设备在数据的准确性和可靠性方面，仍然存在着性能参数参差不齐、标准化程度低等问题，例如测量数据准确性差、可靠性有待提高等，当采用这些接触式超声波局部放电检测仪进行检测时，检测结果的准确性和可靠性难以保证。此外，接触式超声波局部放电检测仪存在的上述问题在很大程度上也影响了超声波局部放电检测技术的标准化、规范化和实用化发展。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出了一种接触式超声波局部放电检测仪的计量装置，旨在解决目前不能对接触式超声波局部放电检测仪的指标进行检验的问题。

一个方面，本发明提出了一种接触式超声波局部放电检测仪的计量装置，该计量装置用于对接触式超声波局部放电检测仪的指标进行检验，该计量装置包括：超声波发生装置、标准声发射传感器和信号处理装置；其中，超声波发生装置用于产生局部放电工况下的超声波信号；标准声发射传感器的输入端和接触式超声波局部放电检测仪的输入端均与超声波发生装置相连接，用于接收超声波信号；信号处理装置与标准声发射传感器的输出端和接触式超声波局部放电检测仪的输出端相连接，用于接收标准声发射传感器和接触式超声波局部放电检测仪的输出信号，并根据接收的两路输出信号确定接触式超声波局部放电检测仪的待测试指标。

进一步地，上述接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，待测试指标为主谐振频率、线性度、带宽和灵敏度中的至少一种。

进一步地，上述接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，待测试指标为主谐振频率；信号处理装置还与超声波发生装置相连接，用于控制超声波发生装置以扫频的形式输出预设频率范围的超声波信号，记录接触式超声波局部放电检测仪在预设频率范围内的各输出信号幅值，并将各信号幅值中最大幅值所对应的接触式超声波局部放电检测仪输出信号的频率确定为主谐振频率；标准声发射传感器还用于将接收的超声波发生装置输出的超声波信号发送给信号处理装置，信号处理装置还用于根据标准声发射传感器发送的信息控制超声波发生装置的输出信号在预设频率范围内。

进一步地，上述接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，待测试指标为线性度；信号处理装置还用于调节超声波发生装置输出不同幅值的超声波信号，记录在不同幅值超声波信号下的标准声发射传感器输出信号的幅值U_n和接触式超声波局部放电检测仪输出信号的幅值A_n，根据公式计算出不同幅值超声波信号下的线性度δ_n，并将δ_n的最大值确定为接触式超声波局部放电检测仪的线性度。

进一步地，上述接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，待测试指标为带宽；信号处理装置还用于在各输出信号幅值中确定最大幅值，并确定幅值为最大幅值的0.501倍的两个信号频率点，以及将两个信号频率点之间的频率范围确定为接触式超声波局部放电检测仪的带宽。

进一步地，上述接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，待测试指标为灵敏度；信号处理装置还用于从预设频率范围内任取一个频率值f_m，根据公式计算出频率为f_m时接触式超声波局部放电检测仪的灵敏度S₂(f_m)；上式中：S₁(f_m)为频率f_m时标准声发射传感器的标准灵敏度；U₁(f_m)为频率f_m时标准声发射传感器的标准信号幅值；U₂(f_m)为频率f_m时接触式超声波局部放电检测仪的信号幅值。

进一步地，上述接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，超声波发生装置包括：信号源、功率放大器和超声换能器；其中，信号源用于产生超声功率信号；功率放大器与信号源相连接，用于放大超声功率信号；超声换能器与功率放大器相连接，用于将放大后的超声功率信号转换成超声波信号；信号处理装置与信号源相连接，用于控制信号源产生的超声功率信号的幅值和频率。

进一步地，上述接触式超声波局部放电检测仪的计量装置还包括：显示装置，与信号处理装置相连接，用于接收并显示待测试指标。

进一步地，上述接触式超声波局部放电检测仪的计量装置还包括：输入装置；其中，输入装置用于输入接触式超声波局部放电检测仪的待测试指标；信号处理装置与输入装置相连接，用于接收输入的待测试指标，并控制超声发生装置产生与输入的待测试指标相对应的超声波信号。

进一步地，上述接触式超声波局部放电检测仪的计量装置还包括：固态超声波传递介质；其中，超声波发生装置通过固态超声波传递介质与标准声发射传感器和接触式超声波局部放电检测仪相连接。

本发明中，接触式超声波局部放电检测仪的计量装置可以对接触式超声波局部放电检测仪的指标进行测试，进而对接触式超声波局部放电检测仪进行质量检验，从而确保了接触式超声波局部放电检测仪检测结果的准确性和可靠性，有利于超声波局部放电检测技术的标准化、规范化和实用化的发展，并且该计量装置的测量精度高、稳定性好，解决了目前不能对接触式超声波局部放电检测仪的指标进行测试的问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的结构框图；

图2为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，超声波发生装置的结构框图；

图3为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的又一结构框图；

图4为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的又一结构框图；

图5为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的又一结构框图；

图6为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，信号源的结构框图；

图8为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，超声换能器的结构框图；

图9为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置中，信号处理装置的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1，图1为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的结构框图。该计量装置用于对接触式超声波局部放电检测仪的指标进行检验。如图所示，该计量装置包括：超声波发生装置100、标准声发射传感器200和信号处理装置300。

其中，超声波发生装置100用于产生超声波信号，该超声波信号为局部放电工况下的超声波信号，用以模拟接触式超声波局部放电检测仪400要检测的放电环境。

标准声发射传感器200的输入端和接触式超声波局部放电检测仪400的输入端均与超声波发生装置100相连接，用于接收超声波信号。其中，标准声发射传感器200是在规定的工作条件下其灵敏度和频率响应已被精确校准，并能保持其稳定性的传声器，标准声发射传感器200可对超声波信号进行采集。

信号处理装置300与标准声发射传感器200的输出端和接触式超声波局部放电检测仪400的输出端相连接，用于接收标准声发射传感器200和接触式超声波局部放电检测仪400的输出信号，并对接收的两路输出信号进行处理，进 而确定接触式超声波局部放电检测仪400的待测试指标。具体实施时，待测试指标可以为主谐振频率、线性度、带宽和灵敏度等指标中的至少一种。

本实施例采用超声波发生装置100来产生局部放电工况下的超声波信号，以模拟接触式超声波局部放电检测仪400待检测的局部放电环境。超声波发生装置100产生的超声波信号同时发送给标准声发射传感器200和接触式超声波局部放电检测仪400。标准声发射传感器200和接触式超声波局部放电检测仪400接收超声波信号，并分别对超声波信号进行处理，以及将处理后的输出信号发送给信号处理装置300。信号处理装置300根据接收的两路输出信号确定接触式超声波局部放电检测仪400的待测试指标。

可以看出，本实施例中的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置可以对接触式超声波局部放电检测仪的指标进行测试，进而对接触式超声波局部放电检测仪进行质量检验，从而确保了接触式超声波局部放电检测仪检测结果的准确性和可靠性，有利于超声波局部放电检测技术的标准化、规范化和实用化的发展，并且该计量装置的测量精度较高、稳定性较好，解决了目前不能对接触式超声波局部放电检测仪的指标进行测试的问题。

在本发明的一种实施方式中，待测试指标可以为主谐振频率。信号处理装置300还与超声波发生装置100相连接，该信号处理装置300用于控制超声波发生装置100以扫频的形式输出预设频率范围的超声波信号，记录接触式超声波局部放电检测仪400在该预设频率范围内的各输出信号幅值，并将各信号幅值中的最大幅值所对应的接触式超声波局部放电检测仪400输出信号的频率确定为主谐振频率。

具体实施时，超声波发生装置100将预设频率范围的超声波信号以扫频的形式输出，接触式超声波局部放电检测仪400接收该超声波信号并将输出信号发送给信号处理装置300。信号处理装置300接收接触式超声波局部放电检测仪400发送的输出信号，并记录预设频率范围内的各频率点所对应的信号幅值，以及从各信号幅值中确定出最大幅值记为U_max，将最大幅值U_max所对应的接 触式超声波局部放电检测仪400输出信号的频率确定为主谐振频率。

需要说明的是，具体实施时，预设频率范围可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。

标准声发射传感器200还用于将接收的超声波发生装置100输出的超声波信号发送给信号处理装置300，信号处理装置300还用于根据标准声发射传感器200发送的信息控制超声波发生装置100输出的超声波信号在预设频率范围内。

具体实施时，标准声发射传感器200用于接收并处理超声波发生装置100输出的超声波信号，以及向信号处理装置300输出信号。信号处理装置300还用于接收标准声发射传感器200输出的信号，并判断所接收的输出信号是否在预设频率范围内，以及当所接收的输出信号未在预设频率范围内时，调节超声波发生装置100输出的超声波信号的频率以使输出的超声波信号在预设频率范围内。

在本发明的另一种实施方式中，待测试指标为线性度。信号处理装置300还用于调节超声波发生装置100输出不同幅值的超声波信号，记录在不同幅值超声波信号下的标准声发射传感器200输出信号的幅值U_n和接触式超声波局部放电检测仪400输出信号的幅值A_n，其中n为1、2、3、4等。根据公式 计算出不同幅值超声波信号下的线性度δ_n，并将δ_n的最大值确定为接触式超声波局部放电检测仪400的线性度。

具体实施时，信号处理装置300控制超声波发生装置100在上述实施例中的预设频率范围内输出不同的幅值的超声波信号，标准声发射传感器200和接触式超声波局部放电检测仪400均接收该不同幅值的超声波信号，并输出信号。信号处理装置300接收标准声发射传感器200和接触式超声波局部放电检测仪400的输出信号，并分别记录该输出信号的幅值。例如，当标准声发射传感器200输出信号的幅值为80dB时，将该幅值80dB记为U，并记录此时接触式超 声波局部放电检测仪400输出信号的幅值为A。调节超声波发生装置100输出的超声波信号的幅值，使得标准声发射传感器200输出信号的幅值U_n＝U－n×10dB(n＝1、2、3、4等)，即U₁、U₂、U₃、U₄等，记录此时接触式超声波局部放电检测仪400输出信号的幅值为A_n，即A₁、A₂、A₃、A₄等。将U_n、A_n代入公式计算出线性度δ_n，即δ₁、δ₂、δ₃、δ₄等，并将δ_n中的最大值确定为接触式超声波局部放电检测仪400的线性度。当线性度δ_n的最大值小于等于预设线性度时，确定接触式超声波局部放电检测仪400的线性度满足要求。具体实施时，该预设线性度可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。

在本发明的再一种实施方式中，待测试指标为带宽。信号处理装置300还用于在各输出信号幅值中确定最大幅值，并确定幅值为最大幅值的0.501倍的两个信号频率点，以及将两个信号频率点之间的频率范围确定为接触式超声波局部放电检测仪400的带宽。

具体实施时，在测试主谐振频率指标的实施例中信号处理装置300从记录的各信号幅值中确定出最大幅值记为U_max，将最大幅值U_max的0.501倍的幅值记为U_X，也就是说U_X＝U_max×0.501。U_X所对应的信号频率点有两个，将两个信号频率点之间的频率范围确定为接触式超声波局部放电检测仪400的带宽。当带宽属于预设频率范围时，确定接触式超声波局部放电检测仪400的带宽满足要求。

在本发明的再一种实施方式中，待测试指标为灵敏度。信号处理装置300还用于从预设频率范围内任取一个频率值f_m，根据公式 计算出频率为f_m时接触式超声波局部放电检测仪的灵敏度S₂(f_m)。上式中：S₁(f_m)为频率f_m时标准声发射传感器的标准灵敏度；U₁(f_m)为频率f_m时标准声发射传感器的标准信号幅值；U₂(f_m)为频率f_m时 接触式超声波局部放电检测仪的信号幅值。其中，S₁(f_m)和U₁(f_m)为标准声发射传感器的已知参数。当频率为f_m时所对应的接触式超声波局部放电检测仪输出的信号幅值为U₂(f_m)。当接触式超声波局部放电检测仪400的峰值灵敏度大于等于第一预设灵敏度，和/或，接触式超声波局部放电检测仪400的均值灵敏度大于等于第二预设灵敏度时，确定接触式超声波局部放电检测仪400的灵敏度满足要求。具体实施时，第一预设灵敏度、第二预设灵敏度可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。需要说明的是，本领域技术人员应该理解，接触式超声波局部放电检测仪400包括传感器和数据处理模块。其中，S₂(f_m)为接触式超声波局部放电检测仪中的传感器的灵敏度。

需要说明的是，具体实施时，接触式超声波局部放电检测仪400的待测试指标可以为主谐振频率、线性度、带宽和灵敏度中的任一种，也可以为多种相结合。

参见图2，图2为超声波发生装置100的结构框图。如图所示，超声波发生装置100包括：信号源110、功率放大器120和超声换能器130。其中，信号源110用于产生超声功率信号，功率放大器120与信号源110相连接，该功率放大器120用于放大该超声功率信号。超声换能器130与功率放大器120相连接，该超声换能器130用于将放大后的超声功率信号转换为超声波信号。信号处理装置300与信号源110相连接，信号处理装置300用于控制信号源110产生的超声功率信号的幅值和频率。

具体地，信号源110可以在信号处理装置300的控制下产生所需的幅值和频率的超声功率信号，该信号源110优选的采用了直接数字合成DDS技术，不仅能够使产生的超声功率信号呈现各种波形，如正弦波、方波、三角波、脉冲波、包络波等。由于超声功率信号在传输过程中会有不同程度的失真，所以功率放大器120对超声功率信号进行放大。优选的，功率放大器120应具有较宽的带宽，以便更好地减少超声功率信号在传输过程中失真率。超声换能器130 与标准声发射传感器200、接触式超声波局部放电检测仪400可以通过介质，如空气等，进行传输超声波信号。

可以看出，本实施例中，通过功率放大器120、超声换能器130对信号源110产生的超声功率信号进行处理使得超声波发生装置100发出稳定的超声波信号，为接触式超声波局部放电检测仪400提供了很好的模拟放电环境，并且信号源110在信号处理装置300的控制下能够根据待测试的指标产生相应的超声功率信号，便于对接触式超声波局部放电检测仪400的指标进行测试。

参见图3，图3为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的又一结构框图。如图所示，该计量装置还可以包括：显示装置500。其中，显示装置500与信号处理装置300相连接，该显示装置500用于接收并显示待测试指标。具体地，信号处理装置300根据标准声发射传感器200和接触式超声波局部放电检测仪400的输出信号来确定接触式超声波局部放电检测仪400的待测试指标，并将确定出的各待测试指标对应的具体值或具体范围或测试结果通过显示装置500显示出来。

可以看出，本实施例中，通过显示装置500能够直观的显示信号处理装置300确定的待测试指标，便于工作人员对待测试指标进行处理。

参见图4，图4为本发明实施例提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的又一结构框图。如图所示，该计量装置还可以包括：输入装置600。其中，输入装置600用于输入接触式超声波局部放电检测仪400的待测试指标，信号处理装置300与输入装置600相连接，用于接收输入装置600输入的待测试指标，并控制超声波发生装置100产生与输入的待测试指标相对应的超声波信号。

具体实施时，工作人员可以根据需要通过输入装置600手动输入待测试指标，信号处理装置300根据输入装置600输入的待测试指标，对超声波发生装置100进行控制，使得超声波发生装置100产生相应的超声波信号。

可以看出，本实施例中，通过输入装置600输入待测试指标，这样，该接 触式超声波局部放电检测仪的计量装置能够根据工作人员的需求来对接触式超声波局部放电检测仪400的某些指标进行有选择的测试，使得该接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的使用更加灵活，更能够满足工作人员的要求。

由于超声波发生装置100产生的超声波信号通过空气等介质进行传输时，超声波信号在传输过程中损耗较大，为了解决这一问题，在上述各实施例的基础上，该计量装置还可以增设：固态超声波传递介质700。参见图5，超声波发生装置100通过固态超声波传递介质700与标准声发射传感器200和超声波局部放电检测仪接触式超声波局部放电检测仪400相连接。

固态超声波传递介质700的输入端与超声波发生装置100中的超声换能器130相连接，固态超声波传递介质700的输出端分别与标准声发射传感器200和接触式超声波局部放电检测仪400相连接。优选的，固态超声波传递介质700为钢制试块710。

具体实施时，参见图6，该钢制试块710的输入端与超声波发生装置100中的超声换能器130相连接，钢制试块710的第一输出端通过第一传感器720与标准声发射传感器200相连接，钢制试块710的第二输出端通过第二传感器730与接触式超声波局部放电检测仪400相连接。其中，钢制试块710的第一输出端与第二输出端之间具有预设距离。具体实施时，该预设距离可以根据实际情况来确定，本实施例对此不作任何限制。该钢制试块710可以为直径400mm、长度180mm的圆柱体，钢制试块710的顶端面和底端面的平整且平行度为0.06mm，其中顶端面的表面RMS粗糙度小于等于1，底端面的表面RMS粗糙度小于等于4。该钢制试块710的材质可以为热轧钢A36。

可以看出，本实施例中，以固态超声波传递介质700作为媒介传输超声波发生装置100产生的超声波信号，使得超声波信号在传输过程中的损耗小，进而确保了测试的准确性和可靠性。

下面对本发明中提供的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置的优选实施方式进行详细说明：

超声波发生装置100用于产生局部放电工况下的超声波信号，包括信号源110、功率放大器120和超声换能器130。其中，信号源110产生的超声波功率信号的频率范围为20kHz-200kHz。参见图7，该信号源110可以包括FPGA控制核心111和D/A转换器112。FPGA控制核心111可以产生数字量超声功率信号，还可以存储超声波相关数据，并根据信号处理装置300的控制指令输出所需幅值和频率的数字量超声功率信号。D/A转换器112用于将FPGA控制核心111输出的数字量超声功率信号转换为模拟量超声功率信号，并且对模拟量超声功率信号进行低通滤波，滤除在数字量超声功率信号转换为模拟量超声功率信号时产生的高次谐波。

功率放大器120对D/A转换器112输出的转换后的模拟量超声功率信号进行放大。为了保证模拟量超声功率信号的精准度，功率放大器120的增益带宽积优于1MHz，最大输出电压为±40V，最大输出电流为2.5A。

超声换能器130的频率范围至少为20kHz-200kHz，平均灵敏度优于65dB。参见图8，超声换能器130可以包括声电转换器131和阻抗匹配器132。其中，声电转换器131用于将功率放大器120输出的放大后的模拟量超声功率信号转换为超声波信号，阻抗匹配器132能够根据检测到的超声波频率自动匹配阻抗值，以保证声电转换器131处于谐振状态下工作，并将超声波信号发射出去。由于阻抗匹配器132能够对声电转换器131进行阻抗的匹配，所以减少了由于声电转换器131自身阻抗参数导致的无功功率损失，提高了能量转换的效率，确保了超声换能器130输入功率的稳定。

为了保证标准声发射传感器200测试的准确性，标准声发射传感器200的频率范围优选为20kHz-200kHz。由于制作峰值灵敏度能满足在20kHz～200kHz范围内均不小于60dB(V/(m/s))的标准声发射传感器较为困难，所以采用两个频带宽度的标准声发射传感器的组合，这两个标准声发射传感器的频带宽度叠加后应为20kHz-200kHz。例如，可以采用频带宽度为20kHz-80kHz和50kHz-200kHz的两个标准声发射传感器的组合来完成频带宽度为 20kHz-200kHz标准声发射传感器200的工作。优选的，标准声发射传感器200的超声波测量范围为-10dB(V/(m/s))～70dB(V/(m/s))，脉冲频率最大允许误差为±0.5％。

参见图9，信号处理装置300可以包括A/D采集卡310和处理单元320，其中，A/D采集卡310接收标准声发射传感器200输出的标准超声波模拟信号和接触式超声波局部放电检测仪400输出的检测超声波模拟信号，并将标准超声波模拟信号转换为标准超声波数字信号，将检测超声波模拟信号转换为检测超声波数字信号。A/D采集卡310可以将标准超声波模拟信号和检测超声波模拟信号进行傅立叶变换，以实现模数转换。优选的，A/D采集卡310采用12位的采集卡，每个周波集50个点，采样率至少满足10MS/s，以满足信号的精度要求。处理单元320对A/D采集卡310转换后的标准超声波数字信号和检测超声波数字信号进行处理，确定接触式超声波局部放电检测仪400的待测试指标。优选的，信号处理装置300的测量最大允许误差为±0.2dBμV。

综上所述，本实施例中的接触式超声波局部放电检测仪的计量装置可以对接触式超声波局部放电检测仪的指标进行测试，进而对接触式超声波局部放电检测仪进行质量检验，从而确保了接触式超声波局部放电检测仪检测结果的准确性和可靠性，有利于超声波局部放电检测技术的标准化、规范化和实用化的发展，并且该计量装置的测量精度高、稳定性好。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。