CN104730426A - 传感器及放电信号检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种传感器及放电信号检测方法，本发明采用的传感器，包括天线、介质基板、馈电柱和金属地板，其中，天线固定在介质基板顶部，介质基板固定在金属地板上端，馈电柱固定在介质基板内部，馈电柱一端连接于天线，另一端作为输出，天线采用分形微带结构，通过本发明，解决了相关技术中存在的当采用平面螺旋结构或矩形微带结构的天线时，会造成传感器体积较大、携带不便，或者传感器的工作频带较窄，检测信号弱的问题，进而达到了在检测电力设备局部放电产生的特高频信号时工作频带宽，方向性较好，水平极化增益高，体积小，重量轻，携带方便，安装在电力设备外部，能有效检测电力设备内部泄漏出来的特高频电磁波的效果。

Description

传感器及放电信号检测方法

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种传感器及放电信号检测方法。 

背景技术

电力设备内部存在绝缘缺陷时会产生局部放电，通过对局部放电的检测可以有效地判断电力设备的绝缘状态。 

目前电力设备内部局部放电信号的检测方法中，高频法、特高频法和超声波法都可以以非侵入的方式进行检测，是实现电力设备局部放电带电检测比较实用可行的方法。相对于超声波法覆盖范围小、高频法受干扰影响大的缺点，特高频法以其覆盖范围大，抗干扰性能强的优点受到广泛的关注，成为近年来电力设备运行现场局部放电带电检测的主要手段。 

特高频传感器通过检测电力设备内部局部放电时产生的特高频信号实现对局部放电的有效测量。本发明提供一种新型的特高频传感器，安装在电力设备外部，用于检测电力设备内部放电时泄漏出来的特高频电磁波信号。 

相关技术中采用的特高频传感器为了获得较好的天线性能，通常采用平面螺旋结构或矩形微带结构，造成传感器体积较大、携带不便，或者传感器的工作频带较窄，检测信号弱。 

基于传统特高频传感器存在的上述缺陷，相关技术中未提出有效的解决方案。 

发明内容

本发明提供了一种传感器及放电信号检测方法，以至少解决相关技术中采用平面螺旋结构或矩形微带结构，造成传感器体积较大、携带不便，或者传感器的工作频带较窄，检测信号弱的问题。 

根据本发明的一个方面，提供了一种传感器，包括天线、介质基板、馈电柱和金属地板，其中，所述天线固定在所述介质基板顶部，所述介质基板固定在所述金属地板上端，所述馈电柱固定在所述介质基板内部，所述馈电柱一端连接于所述天线，另一端作为输出，所述天线采用分形微带结构。 

优选地，所述分形微带结构为图形迭代结构，由每次取天线贴片图形各边上的中点相连后形成新的图形，除去相叠部分后剩下的图形所构成。 

优选地，所述天线贴片图形为正方形。 

优选地，所述分形微带结构的迭代次数为4次。 

优选地，天线贴片的原始边长为55mm，厚度为2mm。 

优选地，所述介质基板的材料为聚苯乙烯玻璃纤维。 

优选地，所述介质基板的介电常数为3.1，厚度为16mm。 

优选地，所述馈电柱的馈电中心偏离天线贴片中心的距离为10mm。 

根据本发明的另一方面，提供了一种放电信号检测方法，采用上述任一项所述的传感器，包括：所述传感器的天线采集电力设备内部局部放电时泄漏出来的特高频电磁信号；所述传感器依据采集到的所述特高频电磁信号对所述电力设备的局部放电进行检测。 

优选地，所述放电信号检测方法，包括以下至少之一：所述传感器的中心频率为800MHz、所述传感器的驻波比小于2时的绝对带宽为745MHz～898MHz、带宽为600MHz～1000MHz频段内增益大于4dB。 

通过本发明采用的传感器，包括天线、介质基板、馈电柱和金属地板，其中，所述天线固定在所述介质基板顶部，所述介质基板固定在所述金属地板上端，所述馈电柱固定在所述介质基板内部，所述馈电柱一端连接于所述天线，另一端作为输出，所述天线采用分形微带结构，解决了相关技术中采用平面螺旋结构或矩形微带结构，造成传感器体积较大、携带不便，或者传感器的工作频带较窄，检测信号弱的问题，进而达到了工作频带宽，方向性较好，水平极化增益高，体积小，重量轻，携带方便，安装在电力设备外部，能有效检测电力设备内部泄漏出来的特高频电磁波的效果。 

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： 

图1是根据本发明实施例的分形特高频传感器的结构示意图； 

图2是根据本发明实施例的分形特高频传感器的天线结构示意图； 

图3是根据本发明实施例的放电信号检测方法的流程图； 

图4是根据本发明实施例的分形特高频传感器的驻波比曲线图； 

图5是根据本发明实施例的分形特高频传感器的800MHz辐射方向图。 

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 

在本实施例中提供了一种传感器装置，图1是根据本发明实施例的分形特高频传感器的结构示意图，图2是根据本发明实施例的分形特高频传感器的天线结构示意图，下面结合图1和图2对根据本发明实施例的传感器进行描述。 

本发明提供了一种传感器，从图1可以看出该传感器包括天线1（即图1中黑色区域）、介质基板2（即图1中左斜线区域）、馈电柱3（即图1中横线区域）和金属底板4（即图1中竖线区域），其中，天线1固定在介质基板2顶部，介质基板2固定在金属地板4上端，馈电柱3固定在介质基板2内部，馈电柱3一端连接于该天线1，另一端作为输出，并且由图2可以看出，该天线1采用分形微带结构。 

上述的分形微带结构为图形迭代结构，由每次取天线贴片图形各边上的中点相连后形成新的图形，除去相叠部分后剩下的图形所构成，其最终构造为图形内嵌的贴片构造，该天线贴片形状可以有多种，在本发明实施例中提供了一种正方形的贴片图形，该传感器天线为分形微带结构，它的迭代次数也可以为多种，在本发明实施例中的天线分形微带结构的迭代次数为4次，下面对该迭代次数为4的正方形的分形微带结构的天线的构造过程进行说明： 

为了便于说明，将天线的结构划分为几部分，说明如下：原始天线贴片（即图2中最外层的左斜线区域）为第一贴片，该第一贴片的形状为正方形，取该第一贴片的各条边的中点，将各边中点进行连接，将连接第一贴片各边中点后形成的新的图形从第一贴片中除去，此时，第一贴片与所形成的新的图形重叠的中间部分为镂空，从第一贴片中除去的部分为第二贴片，且该第二贴片面积为第一贴片面积的一半，该第二贴片也为一正方形。按照上述方法，从该第二贴片中除去第三贴片，同样，除去的第三贴片的形状也为正方形，面积为第二贴片面积的一半，将第三贴片（即图2中的中间层的左斜线区域）内嵌于第一贴片的镂空部分，其中，该第三贴片的四个角分别与第一贴片中镂空的正方形的各边中点重合，依据上述方法，从第三贴片中除去第四贴片，从第四贴片中除去第五贴片，将第五贴片（即图2中的最内层的左斜线区域）内嵌于第三贴片，上述第一贴片的剩余部分、第三贴片的剩余部分和整个第五贴片共同构成了该分形微带结构的天线（即图2中的整个左斜线区域）。 

需要说明的是，将第二贴片从第一贴片中除去为第一次迭代，将第三贴片从第二贴片中除去并内嵌于第一贴片中为第二次迭代，将第四贴片从第三贴片中除去为第三次迭代，将第五贴片从第四贴片中除去并内嵌于第三贴片中为第四次迭代，因此，当将第五贴片内嵌于第三贴片中时，便完成了四次迭代。 

天线贴片的原始边长即第一贴片的边长为55mm，也就是说天线贴片最外边缘的边长为55mm，天线厚度为2mm，该传感器中的介质基板的材料为聚苯乙烯玻璃纤维，该介质基板的介电常数为3.1，厚度为16mm，馈电柱的馈电中心偏离天线贴片中心的距离为10mm。 

采用上述结构的传感器的工作频带宽，方向性较好，水平极化增益高，体积小，重量轻，携带方便，安装在电力设备外部，能有效检测电力设备内部泄漏出来的特高频电磁波。 

在本实施例中提供了一种放电信号检测方法，图3是根据本发明实施例的放电信号检测方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤： 

步骤S302，传感器的天线采集电力设备内部局部放电时泄漏出来的特高频电磁信号； 

步骤S304，该传感器依据采集到的特高频电磁信号对电力设备的局部放电进行检测。 

需要说明的是，该放电信号检测方法包括以下至少之一：传感器的中心频率为800MHz、传感器的驻波比小于2时的绝对带宽为745MHz～898MHz、带宽为600MHz～1000MHz频段内增益大于4dB。 

通过上述步骤，根据本发明实施例提出的传感器的天线采集电力设备内部局部放电时泄漏出来的特高频电磁信号；该传感器依据采集到的特高频电磁信号对电力设备的局部放电进行检测，解决了相关技术中存在的当特高频传感器采用平面螺旋结构或矩形微带结构的天线时，会造成传感器体积较大、携带不便，或者传感器的工作频带较窄，检测信号弱的问题，提高了检测信号强度，工作频带的带宽以及电力设备内部检测效率，能有效检测电力设备内部泄漏出来的特高频电磁波。 

针对相关技术中特高频传感器存在的体积较大、携带不便，或者工作频带较窄，检测信号弱的缺点，本发明提出了一种分形特高频传感器，本发明的目的在于提供一种用于电力设备局部放电检测的分形特高频传感器，该传感器工作频带宽，方向性较好，水平极化增益高，体积小，重量轻，携带方便，安装在电力设备外部，能有效检测电力设备内部泄漏出来的特高频电磁波。 

根据本发明实施例提出的用于电力设备局部放电检测的分形特高频传感器，由天线、介质基板、馈电柱和金属底板组成。天线固定在介质基板上端，介质基板固定在金属底板上，馈电柱固定在介质基板中，上端与天线相连，下端直接作为输出。 

在该分形特高频传感器中，天线固定在介质基板上端，天线边长55mm，厚度2mm，分形的过程即每次取各边上的中点相连后形成新的正方形，并除去相叠部分。具体迭代过程如图2所示，每个单元的边长由以下公式计算得到： 

$S_n=S_{n-1}/\sqrt{2}---\left(1\right)$

其中S₁=55mm，n=4。 

该分形特高频传感器的介质基板材料选用聚苯乙烯玻璃纤维板，其介电常数为3.1，厚度h为16mm，固定在金属底板上，馈电柱固定在介质基座中，馈电中心偏离天线中心的长度方向10mm，上端与天线通过螺丝连接。 

图4是根据本发明实施例的分形特高频传感器的驻波比曲线图，如图4所示，该分形特高频传感器的中心频率为800MHz，驻波比小于2的绝对带宽为745～898MHz，VSWR≤2的带宽为19.1%。 

图5是根据本发明实施例的分形特高频传感器的800MHz辐射方向图，如图5所示，天线辐射图中最大辐射方向为传感器法向方向（即图5中的Z轴方向），且天线增益较高，600～1000MHz频段内增益均在4dB以上。 

根据本发明实施例提供的分形特高频传感器采用分形理论进行微带天线设计，工作频带宽，方向性较好，水平极化增益高，体积小，重量轻，便于携带，适用于现场带电检测。采用本发明实施例提供的特高频法测量电力设备的局部放电，以判断电力设备的绝缘状况。针对于相关技术中的特高频传感器为了获取较好的天线性能，通常采用平面螺旋结构或矩形微 带结构，造成传感器体积较大、携带不便，或者传感器的工作频带较窄，检测信号弱的缺点，本发明实施例提供的分形特高频传感器采用分形微带结构，在获取良好带宽、增益等性能的情况下，大幅降低天线的尺寸，减轻传感器的重量，使之便于携带，适合于现场带电检测。 

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。 

如图1所示，该传感器包括天线1（即图1中黑色区域）、介质基板2（即图1中左斜线区域）、馈电柱3（即图1中横线区域）和金属底板4（即图1中竖线区域），其中，天线1固定在介质基板2上端，介质基板2固定在金属底板4上，馈电柱3固定在介质基板2中，上端与天线1相连，下端直接作为输出。 

下面对该分形特高频传感器的各部分进行说明。 

天线1：固定在介质基板2顶部，用于检测电力设备局部放电时产生的特高频信号； 

介质基板2：为天线1及馈电柱3提供支撑，固定在金属底板4上； 

馈电柱3：将天线1检测信号引出，便于操作人员测量与分析； 

金属底板4：为介质基板2提供支撑。 

在对本发明实施例的分形特高频传感器进行组装时，可以按照图1进行组装。在测试时从信号引出线输出端口测量信号，采集特高频传感器检测的电力设备中发生局部放电时产生的特高频信号。 

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。 

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (10)

1.一种传感器，包括天线、介质基板、馈电柱和金属地板，其中，所述天线固定在所述介质基板顶部，所述介质基板固定在所述金属地板上端，所述馈电柱固定在所述介质基板内部，所述馈电柱一端连接于所述天线，另一端作为输出，其特征在于，所述天线采用分形微带结构。

2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述分形微带结构为图形迭代结构，由每次取天线贴片图形各边上的中点相连后形成新的图形，除去相叠部分后剩下的图形所构成。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述天线贴片图形为正方形。

4.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述分形微带结构的迭代次数为4次。

5.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，天线贴片的原始边长为55mm，厚度为2mm。

6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述介质基板的材料为聚苯乙烯玻璃纤维。

7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述介质基板的介电常数为3.1，厚度为16mm。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器，其特征在于，所述馈电柱的馈电中心偏离天线贴片中心的距离为10mm。

9.一种放电信号检测方法，其特征在于：采用权利要求1至8中任一项所述的传感器，包括：

所述传感器的天线采集电力设备内部局部放电时泄漏出来的特高频电磁信号；

所述传感器依据采集到的所述特高频电磁信号对所述电力设备的局部放电进行检测。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，包括以下至少之一：

所述传感器的中心频率为800MHz、所述传感器的驻波比小于2时的绝对带宽为745MHz～898MHz、带宽为600MHz～1000MHz频段内增益大于4dB。