[发明专利]一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，适应于100dB动态范围局部放电超声波信号的高精度测量。本发明还涉及采用所述装置的突发性/大动态范围超声波信号的测量方法。

背景技术

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。

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0.1mV-10V间变化，即被测信号的动态范围可达100dB。

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，10V量程的最小量化单位为10V/(2¹⁶)=0.16mV，如果此时被测信号为1V，则量化误差仅为0.016%。但如果被测信号仅为1mV，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。

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。 

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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，有利于提高局部放电故障的定位精度。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

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。

所述的线性测量通道为4个，量程分别为0－0.01V、0－0.1V、0－1V和0－10V；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0－10V。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

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：

S1  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；

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；

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。

有益效果：