發(fā)布時間：2019-12-01 05:17

【摘要】：文章提出現(xiàn)行超聲波局部放電檢測儀校驗(yàn)方法中的兩個問題:無法真實(shí)反映局部放電產(chǎn)生的脈沖超聲波工況,無法對超聲波在介質(zhì)中傳播而產(chǎn)生的縱波和表面波區(qū)別分析。針對第一個問題,文章運(yùn)用FFT方法分析了波形頻帶,提出使用上位機(jī)控制超聲波信號源產(chǎn)生脈沖波和包絡(luò)正弦波,而不是連續(xù)正弦波,并提出相應(yīng)的靈敏度實(shí)驗(yàn)方法;針對第二個問題,文章通過對聲波傳輸路徑的分析計(jì)算,選擇底面直徑600 mm、高度300mm的圓柱體鋼制試塊為實(shí)驗(yàn)平臺,理論上能夠達(dá)到區(qū)分縱波和表面波的目的。文章最后通過實(shí)驗(yàn)對優(yōu)化方法進(jìn)行了驗(yàn)證,得到了相關(guān)傳感器的靈敏度曲線,并以聲速為依據(jù)進(jìn)行判斷,驗(yàn)證了該方案能有效區(qū)分超聲波在介質(zhì)中的類型。
【圖文】：

1方案原理本文所述超聲波局放檢測計(jì)量方案采用標(biāo)準(zhǔn)表法，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量裝置由標(biāo)準(zhǔn)超聲信號源［2］、寬頻功率放大器、超聲換能器、標(biāo)準(zhǔn)傳聲器［3］、數(shù)據(jù)處理單元和上位機(jī)幾部分組成，原理框圖如圖1所示。圖1系統(tǒng)原理框圖［4］Fig．1Systemprincipleblockdiagram［4］該方案中的核心問題在于標(biāo)準(zhǔn)信號源形式的選擇，傳輸路徑與傳輸介質(zhì)的確定，以及傳聲器輸出信號的調(diào)理采集及數(shù)據(jù)分析方法。對于現(xiàn)行計(jì)量方法無法反映局部放電脈沖超聲波情況的問題，本方案使用自制的標(biāo)準(zhǔn)信號源產(chǎn)生波形寬度一定的窄脈沖波形(而非連續(xù)正弦波)，來模擬電氣設(shè)備局部放電瞬間發(fā)出的脈沖超聲波情況。同時，為了對超聲波局放檢測儀中的聲傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，本方案選用了特定的信號波形(脈沖波和包絡(luò)正弦波)，通過一定的試驗(yàn)方法，達(dá)到對包括傳感器特性在內(nèi)的整個儀器進(jìn)行評估的目的。對于現(xiàn)行計(jì)量方法不能較好地區(qū)分聲波傳輸過程中產(chǎn)生的表面波和縱波的問題，本方案根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提到的特定材料的鋼制試塊中聲波傳輸速度的不同，計(jì)算分析后，選擇訂做了一塊直徑600mm，高300mm的鋼制介質(zhì)，借此通過實(shí)驗(yàn)方法對介質(zhì)中的表面波和縱波進(jìn)行區(qū)分。2波形選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)聲發(fā)射部分，本方案通過上位機(jī)LabVIEW程序控制標(biāo)準(zhǔn)信號源，發(fā)出脈沖波、包絡(luò)正弦波信號，如圖2、圖3所示。用來對被檢設(shè)備的傳感器進(jìn)行靈敏度試驗(yàn)。靈敏度試驗(yàn)［5－6］大體分為以下三部分:(1)控制標(biāo)準(zhǔn)信號源產(chǎn)生脈沖波激勵，對測得信號進(jìn)行有效的傅里葉分析，得到被檢傳感器在20kHz～200kHz范圍內(nèi)的相對靈敏度曲線，即暫未得到各頻率點(diǎn)的具體靈敏度值;圖2脈沖波形Fig．2Pulsewave圖3包絡(luò)正弦波形Fig．3Envelopesinewave(2)通過相對靈敏度曲線確定被檢傳感器的諧振

器進(jìn)行校準(zhǔn)，本方案選用了特定的信號波形(脈沖波和包絡(luò)正弦波)，通過一定的試驗(yàn)方法，達(dá)到對包括傳感器特性在內(nèi)的整個儀器進(jìn)行評估的目的。對于現(xiàn)行計(jì)量方法不能較好地區(qū)分聲波傳輸過程中產(chǎn)生的表面波和縱波的問題，本方案根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提到的特定材料的鋼制試塊中聲波傳輸速度的不同，計(jì)算分析后，選擇訂做了一塊直徑600mm，高300mm的鋼制介質(zhì)，，借此通過實(shí)驗(yàn)方法對介質(zhì)中的表面波和縱波進(jìn)行區(qū)分。2波形選擇與參數(shù)設(shè)計(jì)聲發(fā)射部分，本方案通過上位機(jī)LabVIEW程序控制標(biāo)準(zhǔn)信號源，發(fā)出脈沖波、包絡(luò)正弦波信號，如圖2、圖3所示。用來對被檢設(shè)備的傳感器進(jìn)行靈敏度試驗(yàn)。靈敏度試驗(yàn)［5－6］大體分為以下三部分:(1)控制標(biāo)準(zhǔn)信號源產(chǎn)生脈沖波激勵，對測得信號進(jìn)行有效的傅里葉分析，得到被檢傳感器在20kHz～200kHz范圍內(nèi)的相對靈敏度曲線，即暫未得到各頻率點(diǎn)的具體靈敏度值;圖2脈沖波形Fig．2Pulsewave圖3包絡(luò)正弦波形Fig．3Envelopesinewave(2)通過相對靈敏度曲線確定被檢傳感器的諧振頻率點(diǎn);(3)控制標(biāo)準(zhǔn)信號源產(chǎn)生諧振頻率的脈沖包絡(luò)波，計(jì)算得到該頻率點(diǎn)的絕對靈敏度值，從而確定20kHz～200kHz范圍內(nèi)靈敏度曲線各點(diǎn)的絕對靈敏度值。按以下非周期性有限長離散信號x(n)的DFT計(jì)算公式進(jìn)行傅里葉分析［7］:X(k)=∑N－1n=0x(n)WnkN(1)WN=e－j2πN，k=0，1，…，N－1(2)分析后可知，脈沖波形脈寬越小，脈沖所包含的頻率成分越豐富。理想情況下，沖擊信號的頻譜圖將是包含整個頻域的平坦直線，如圖4所示。實(shí)際應(yīng)用中不存在理想的沖擊信號，針對GIS變電站高壓設(shè)備絕緣介質(zhì)局部放電產(chǎn)生的20kHz～200kHz的超聲波頻率范圍，本方案選擇使用脈寬100ns的尖脈沖信號作為激勵源，激勵超聲換?

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