专利名称：一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置的制作方法
技术领域：
一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，适应于 IOOdB动态范围局部放电超声波信号的高精度测量。
背景技术：
[0002]高压电气设备内部的局部放电会产生超声波信号，这可以通过安装在设备外壳 上的多个超声波传感器实现局部放电超声波信号的检测，并可根据超声波信号传播到多个 传感器的时间差(如图1的局部放电超声波信号的波形特征图所示)，利用空间解析几何的 方法计算出局部放电的发生部位，从而实现故障的定位。[0003]由于局部放电故障的随机性，所产生的超声波信号通常具有突发性和强度的不确 定性，传感器检测到的超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，输出电压信号通常会在 O.1mV-1OV间变化，即被测信号的动态范围可达100dB。[0004]要保证超声波信号的测量精度，除选用高分辨率的A/D(模数采集器)外，还应根 据被测信号的大小预先设定合适的测量量程。例如，在采用16Bit的A/D对信号进行采样 时，IOV量程的最小量化单位为10V/(216)=0. 16mV，如果此时被测信号为IV，则量化误差仅 为O. 016%。但如果被测信号仅为lmV，则量化误差将高达16%，不能真实地反映出被测信号 的波形特征。[0005]对于局部放电所产生的超声波信号，由于具有突发性，通常无法根据信号的大小 预先设定合适的测量量程。若选用较小的测量量程，虽然可提高信号量化的精度，但无法避 免信号超出量程的问题；反之，若选用较大的测量量程，虽可保证被测信号不会因超量程而 失真，但必然又会降低信号的量化精度，无法准确获得被测信号的波形。[0006]此外，突发性信号的测量通常需采用触发方式启动或结束信号的采样。对于动态 范围较大的超声波信号来说，因无法预知信号的大小，故传统的线性信号触发方式通常难 以正确地设定合适的触发电平，如果触发电平过低，现场环境噪声将会导致采样的误触发 动作而产生许多无效的数据，如果触发电平较高，则又很可能错过对较小信号的采样，丢失 有效的测量信息。实用新型内容[0007]本实用新型所要解决的第一个技术问题，就是提出一种突发性/大动态范围局放 超声信号的测量装置。[0008]本实用新型所要解决的第二个技术问题，就是提出一种突发性/大动态范围局放 超声信号的测量方法。[0009]本实用新型的装置和方法可选择合适的测量量程准确捕捉到局部放电超声波信 号的波形特征，同时还可以避免现场环境噪声导致的采样误触发和错过对较小信号的采样 问题，有利于提闻局部放电故障的定位精度。[0010]解决上述第一个技术问题，本实用新型采用的技术方案如下[0011]一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，包括依次连接的超声波传感 器、前置放大滤波处理模块、测量通道和后续处理电路，所述的测量通道为至少2个并联的 具有不同量程的线性测量通道，测量通道中包含A/D模数转换器，其特征是所述的测量通 道还并联有一个从不同量程的线性测量通道中选取具有最高量化精度的采样数据为最终 结果的对数测量通道，对数测量通道中包含A/D模数转换器。[0012]所述的线性测量通道为4个,量程分别为0 — 0. 01V、0 — O. 1V、0 — IV和O — IOV ；所述的A/D模数转换器的分辨率为16Bit，所述的对数测量通道的量程为O — 10V。[0013]解决上述第二个技术问题，本实用新型采用的技术方案如下[0014]一种采用上述装置的突发性/大动态范围超声波信号的测量方法，包括以下步 骤[0015]SI超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，分别送至至少2个具有不同量程 的线性测量通道，用A/D模数转换器同时对这些信号进行采样和处理；[0016]S2 超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，还送至对数测量通道，用A/D模 数转换器对该信号进行采样和处理；[0017]S3在步骤S2中，若采样数据至少连续3次(可设置)超过预先设定的对数触发 电平，则在继续一段时间19毫秒(可设置)后停止采样，保存触发时刻前后一段时间20毫秒 (可设置)内不同量程的线性测量通道的采样数据，并从中选取具有最高量化精度的采样数 据为最终结果。[0018]有益效果[0019]1、可在IOOdB动态范围内保证信号的采样精度，能够真实反映局部放电超声波信 号的波形特征。例如，对于一个峰值仅为ImV的微小信号，将自动选用O — O. OlV线性测量 通道进行数据采样，由于16Bit分辨率的模数转换器的量化单位为O. 01V/216=0. 00016mV, 故此时对信号的量化误差仅为O. 016%，提高模数转换器的分辨率还可进一步提高测量精度。[0020]2、可在IOOdB动态范围内设置信号的触发采样电平，并能有效抑制尖脉冲噪声所 导致的误触发现象，提高对大动态范围、突发性局部放电超声波信号的捕捉能力。
[0021]图1为本实用新型的突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置实施例的组成 结不意图；[0022]图2为本实用新型的突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置实施例的测量 流程图；[0023]图3为本实用新型的突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置实施例的触发 流程图。
具体实施方式
[0024]如图1所示，本实用新型的突发性/大动态范围超声波信号的精确测量装置实施 例，包括依次连接的超声波传感器、前置放大滤波处理�？椤⒉饬客ǖ篮秃笮淼缏罚� 量通道为4个并联的具有不同量程的线性测量通道，量程分别为O — O. 01V、0 - O. 1V、0 -IV和O — IOV ;测量通道中包含A/D模数转换器，A/D模数转换器的分辨率为16Bit ;测量 通道还并联有一个从不同量程的线性测量通道中选取具有最高量化精度的采样数据为最 终结果的对数测量通道，对数测量通道中也包含A/D模数转换器。[0025]采用上述装置的突发性/大动态范围超声波信号的测量方法，包括以下步骤[0026]SI 超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，分别送至O — O. 01V,O 一 O.1V、 O — IV和O — IOV四个具有不同量程的线性测量通道，用16Bit分辨率的A/D (模数转换 器)同时对这些信号进行采样和处理；[0027]S2 超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，送至O — IOV对数测量通道，用 16Bit分辨率的A/D (模数转换器)对该信号进行采样和处理，若采样数据连续多次(可设 置)超过预先设定的对数触发电平，则在继续一段时间后将自动停止信号采样，保存触发时 刻前后一段时间内4个线性测量通道的采样数据，并从中选取具有最高量化精度的采样数 据为最终结果。由于对数化处理能够有效地压缩大信号、提升小信号，提高输出信号的动态 测量范围，并可有效抑制尖脉冲噪声所导致的误触发现象，故可在IOOdB范围内方便地设 置触发电平，并且具备抗尖脉冲噪声干扰的功能，可有效提高捕捉小信号时的采样可靠性。 但由于经对数处理后的波形幅度会严重失真，故该方法仅适用于信号的触发，不能用于超 声波信号波形的测量；[0028]S3在步骤S2中，若采样数据至少连续3次(可设置)超过预先设定的对数触发 电平，则在继续一段时间19毫秒(可设置)后停止采样，保存触发时刻前后一段时间20毫 秒(可设置)内不同量程的线性测量通道的采样数据，并从中选取具有最高量化精度的采样 数据为最终结果，也即选取幅度最高且没有超过量程的采样数据，即可在IOOdB动态范围 内保证较高的信号量化精度。[0029]例如，若被测信号的峰值在1-10V之间，则将选用0-10V测量通道的采样数据；若 在O.1-1V之间，则会选用O-1V的采样数据；若在O. 01-0.1V之间，则会选用0-0.1V的采样 数据；若在O. 001-0. OlV之间，则会选用0-0. OlV的采样数据，选用在不考虑噪声的理想情 况下，上述信号的采样均可获得O. 016%的量化精度，明显优于传统的固定量程测量方式。
权利要求1.一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，包括依次连接的超声波传感器、前置放大滤波处理�？�、测量通道和后续处理电路，所述的测量通道为至少2个并联的具有不同量程的线性测量通道，测量通道中包含A/D模数转换器，其特征是所述的测量通道还并联有一个从不同量程的线性测量通道中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果的对数测量通道，对数测量通道中包含A/D模数转换器。
2.根据权利要求1所述的突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，其特征是所述的线性测量通道为4个，量程分别为O — O. OIV、O — O.1V、O — IV和O — IOV ;所述的A/D模数转换器的分辨率为16Bit，所述的对数测量通道的量程为O — 10V。
专利摘要一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，包括4个并联的具有不同量程的线性测量通道，另还并联有一个对数测量通道，各通道中包含A/D。测量方法S1 信号经过放大滤波后，送至4个具有不同量程的线性测量通道，A/D同时对这些信号进行采样和处理；S2 信号经放大滤波后还送至对数测量通道，用A/D对该信号进行采样和处理；S3 在步骤S2中，若采样数据至少连续3次超过预设触发电平，则在19毫秒后停止采样，保存触发前后20毫秒内不同量程的线性测量通道的采样数据，并从中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果。本实用新型可准确捕捉到局部放电超声波信号，还可避免噪声导致的误触发和错过较小信号问题。
文档编号G01H17/00GK202836741SQ20122028590
公开日2013年3月27日 申请日期2012年6月18日 优先权日2012年6月18日
发明者卢启付, 姚森敬, 王红斌, 王圣, 吕鸿, 彭向阳, 李兴旺, 王宇, 王流火 申请人:广东电网公司电力科学研究院, 北京圣泰实时电气技术有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
