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

1方案原理本文所述超聲波局放檢測計量方案采用標準表法，標準計量裝置由標準超聲信號源［2］、寬頻功率放大器、超聲換能器、標準傳聲器［3］、數據處理單元和上位機幾部分組成，原理框圖如圖1所示。圖1系統原理框圖［4］Fig．1Systemprincipleblockdiagram［4］該方案中的核心問題在于標準信號源形式的選擇，傳輸路徑與傳輸介質的確定，以及傳聲器輸出信號的調理采集及數據分析方法。對于現行計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準信號源產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行校準，本方案選用了特定的信號波形(脈沖波和包絡正弦波)，通過一定的試驗方法，達到對包括傳感器特性在內的整個儀器進行評估的目的。對于現行計量方法不能較好地區(qū)分聲波傳輸過程中產生的表面波和縱波的問題，本方案根據相關標準中提到的特定材料的鋼制試塊中聲波傳輸速度的不同，計算分析后，選擇訂做了一塊直徑600mm，高300mm的鋼制介質，借此通過實驗方法對介質中的表面波和縱波進行區(qū)分。2波形選擇與參數設計聲發(fā)射部分，本方案通過上位機LabVIEW程序控制標準信號源，發(fā)出脈沖波、包絡正弦波信號，如圖2、圖3所示。用來對被檢設備的傳感器進行靈敏度試驗。靈敏度試驗［5－6］大體分為以下三部分:(1)控制標準信號源產生脈沖波激勵，對測得信號進行有效的傅里葉分析，得到被檢傳感器在20kHz～200kHz范圍內的相對靈敏度曲線，即暫未得到各頻率點的具體靈敏度值;圖2脈沖波形Fig．2Pulsewave圖3包絡正弦波形Fig．3Envelopesinewave(2)通過相對靈敏度曲線確定被檢傳感器的諧振

器進行校準，本方案選用了特定的信號波形(脈沖波和包絡正弦波)，通過一定的試驗方法，達到對包括傳感器特性在內的整個儀器進行評估的目的。對于現行計量方法不能較好地區(qū)分聲波傳輸過程中產生的表面波和縱波的問題，本方案根據相關標準中提到的特定材料的鋼制試塊中聲波傳輸速度的不同，計算分析后，選擇訂做了一塊直徑600mm，高300mm的鋼制介質，，借此通過實驗方法對介質中的表面波和縱波進行區(qū)分。2波形選擇與參數設計聲發(fā)射部分，本方案通過上位機LabVIEW程序控制標準信號源，發(fā)出脈沖波、包絡正弦波信號，如圖2、圖3所示。用來對被檢設備的傳感器進行靈敏度試驗。靈敏度試驗［5－6］大體分為以下三部分:(1)控制標準信號源產生脈沖波激勵，對測得信號進行有效的傅里葉分析，得到被檢傳感器在20kHz～200kHz范圍內的相對靈敏度曲線，即暫未得到各頻率點的具體靈敏度值;圖2脈沖波形Fig．2Pulsewave圖3包絡正弦波形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;(3)控制標準信號源產生諧振頻率的脈沖包絡波，計算得到該頻率點的絕對靈敏度值，從而確定20kHz～200kHz范圍內靈敏度曲線各點的絕對靈敏度值。按以下非周期性有限長離散信號x(n)的DFT計算公式進行傅里葉分析［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。實際應用中不存在理想的沖擊信號，針對GIS變電站高壓設備絕緣介質局部放電產生的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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