CN105372568A - 一种超声波发生系统及超声激励信号生成方法 - Google Patents

一种超声波发生系统及超声激励信号生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声激励信号生成方法，用于生成模拟电力设备局部放电的超声波信号，包括：输出连续的周期性正弦信号作为载波信号；输出预设的调制信号对载波信号进行幅值调制，以生成间歇的周期性的对应模拟信号；将模拟信号转化为对应的超声波信号。在连续的周期性正弦载波信号上进行幅值调制，以使连续的周期性的正弦波形调制为间歇的周期性模拟信号，使得以模拟信号转化来的超声波信号也呈间歇的周期性，从而实现了对电力设备实际的局部放电环境所产生的超声波的模拟，以便于用于超声波局部放电测试仪性能的考核。本发明还对应公开了一种超声波发生系统，其作用与上述方法相同。

Description

一种超声波发生系统及超声激励信号生成方法
技术领域
本发明涉及电力安全检测领域，特别是涉及一种超声波发生系统及超声激励信号生成方法。
背景技术
在电力设备中，经常会发生局部放电的现象。局部放电是指在电场作用下，绝缘系统中部分区域导体之间发生的未贯穿放电现象。局部放电现象若不提早发现，将会导致绝缘系统击穿，引发重大的人身和设备安全事故。
大型电力设备(主要是变压器)较多采用油绝缘和油-纸绝缘形式。当局部放电发生后，在电场力的作用或压力的作用下，气泡会发生膨胀或收缩，这个过程将会引起局部体积变化，从而会在外部产生超声波。捕捉该超声波信号，即可以了解局部放电的情况。通过安装在电力设备外壳上的超声波传感器，可以将超声波信号转变为电信号。超声波检测法就是通过处理这个电信号来判断设备内部放电情况，并定位局部放电的。如图1所示，为电力变压器中局部放电产生的超声波信号的典型波形。由于电网电压的周期性特性，尤其产生的局部放电信号也呈现出周期性，因而局部超声波信号也会呈现周期性，如图2所示，为周期性出现的局部放电超声波信号示意图。目前，超声波局部放电测试仪已经广泛应用于电力设备的带电运行情况下的巡回检测工作，为了保证其检测的准确性，必须建立相应的检测系统以实现对其计量性能的考核。即需要模拟电力设备真实局部放电环境下产生超声波的环境。
因而，如何实现对电力设备实际局部放电超声波信号的逼真模拟，以对超声波局部放电测试仪进行性能的考核，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种超声波发生系统及超声激励信号生成方法，可以实现对电力设备实际局部放电超声波信号的逼真模拟，以便对超声波局部放电测试仪进行性能的考核。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种超声激励信号生成方法，用于生成模拟电力设备局部放电的超声波信号，包括：
输出连续的周期性正弦波形的激励信号作为载波信号；
输出预设的调制信号对所述载波信号进行幅值调制，以生成间歇的周期性的对应模拟信号；
将所述模拟信号转化为对应的超声波信号。
优选地，在所述生成间歇的周期性的对应模拟信号之后，还包括：
对所述模拟信号进行功率放大，使所述功率放大后的模拟信号处于预设的频率带宽范围内。
优选地，所述调制信号为y＝sin(x)/x信号波形、正态分布的钟形曲线信号波形或指数函数信号波形。
优选地，所述正弦波激励信号的频率宽带范围为30kHz～300kHz，包括端点值；所述功率放大后的模拟信号的预设的频率带宽不小于30kHz～300kHz。
优选地，固定或连续改变所述载波信号的频率，以输出对应固定或连续可变频率的超声波信号。
优选地，线性改变所述载波信号的输出幅值，以输出对应的幅值线性变化的超声波信号。
一种超声波发生系统，用于生成模拟电力设备局部放电的超声波信号，包括：
用于输出连续的周期性正弦波形的载波信号，和输出对所述载波信号进行幅值调制的预设调制信号的任意波形发生器；
用于将所述任意波形发生器输出的模拟信号转化为对应的超声波信号的超声波发射振子。
优选地，还包括：
对所述模拟信号进行功率放大，使所述功率放大后的模拟信号处于预设的频率带宽范围内的功率放大器。
优选地，所述任意波形发生器输出的所述调制信号为y＝sin(x)/x信号波形、正态分布的钟形曲线信号波形或指数函数信号波形。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明所提供的超声激励信号生成方法，用于生成模拟电力设备局部放电的超声波信号，包括：输出连续的周期性正弦波形的激励信号作为载波信号；输出预设的调制信号对所述载波信号进行幅值调制，以生成间歇的周期性的对应模拟信号；将所述模拟信号转化为对应的超声波信号。由于生成的超声波信号完全取决于模拟信号，且电力设备实际的局部放电环境下所产生的超声波呈间歇的周期性。在连续的周期性的正弦波形的载波信号上进行幅值调制，以使连续的周期性的正弦波形调制为间歇的周期性模拟信号，使得以模拟信号转化来的超声波信号也呈间歇的周期性，从而实现了对电力设备实际的局部放电环境所产生的超声波的模拟，以将模拟信号转化的超声波信号作为测试信号，以便于用于超声波局部放电测试仪性能的考核。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为电力变压器中局部放电产生的超声波信号的典型波形示意图；
图2为周期性出现的局部放电超声波信号典型波形示意图；
图3为本发明一种具体实施方式所提供的超声激励信号生成方法流程图；
图4为本发明一种实施方式所提供的y＝sin(x)/x信号波形示意图；
图5为本发明一种实施方式所提供的正态分布的钟形曲线信号波形示意图；
图6为本发明一种实施方式所提供的指数函数信号波形示意图；
图7为本发明一种实施方式所提供的以y＝sin(x)/x信号作为调制信号，正弦波信号作为载波信号进行幅值调制后的输出的模拟信号的波形示意图；
图8为本发明一种实施方式所提供的以正态分布的钟形曲线信号作为调制信号，正弦波信号作为载波信号进行幅值调制后的输出的模拟信号的波形示意图；
图9为本发明一种实施方式所提供的以指数函数信号作为调制信号，正弦波信号作为载波信号进行幅值调制后的输出的模拟信号的波形示意图；
图10为本发明一种实施方式所提供的超声波发生系统结构示意图。
具体实施方式
发明人研究发现，模拟信号所转化的超声波信号的波形完全取决于初始信号，即模拟信号。当初始信号为正弦波等标准波形时，可以得到连续的超声波信号。但是，以正弦波等标准波形为初始信号所产生的超声波信号，在实际的电力设备发生局部放电时是不可能产生的，这是由于实际局部放电时发生的超声波是间歇的周期性振荡信号，有着明显的放电次数的区分。而在电力仪器设备产品检验的角度而言，为了考核此类设备的技术性能，在检验环境搭建上，要尽可能地逼真模拟电力设备在实际运行工况下的信号量。
基于上述研究的基础上，本发明实施例提供了一种超声波发生系统及超声激励信号生成方法，可以实现对电力设备实际局部放电超声波信号的逼真模拟，以便对超声波局部放电测试仪进行性能的考核。
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
请参考图3，图3为本发明一种具体实施方式所提供的超声激励信号生成方法流程图。
本发明的一种具体实施方式提供了一种超声激励信号生成方法，用于生成模拟电力设备局部放电的超声波信号，包括：
S11：输出连续的周期性正弦波形的激励信号作为载波信号。
S12：输出预设的调制信号对所述载波信号进行幅值调制，以生成间歇的周期性的对应模拟信号。
S13：将所述模拟信号转化为对应的超声波信号。
由于生成的超声波信号完全取决于模拟信号，且电力设备实际的局部放电环境下所产生的超声波呈间歇的周期性。在连续的周期性的正弦波形的载波信号上进行幅值调制，以使连续的周期性的正弦波形调制为间歇的周期性模拟信号，使得以模拟信号转化来的超声波信号也呈间歇的周期性，从而实现了对电力设备实际的局部放电环境所产生的超声波的模拟，以将模拟信号转化的超声波信号作为测试信号，以便于用于超声波局部放电测试仪性能的考核。
进一步地，在所述生成间歇的周期性的对应模拟信号之后，还包括：对所述模拟信号进行功率放大，使所述功率放大后的模拟信号处于预设的频率带宽范围内。
请参考图4、图5和图6，图4为本发明一种实施方式所提供的y＝sin(x)/x信号波形示意图；图5为本发明一种实施方式所提供的正态分布的钟形曲线信号波形示意图；图6为本发明一种实施方式所提供的指数函数信号波形示意图。
在本实施方式中，优选所述调制信号为y＝sin(x)/x信号波形、正态分布的钟形曲线信号波形或指数函数信号波形。
其中，所述的正态分布的钟形曲线信号波形即高斯信号曲线波形。
请参考图7、图8和图9，图7为本发明一种实施方式所提供的以y＝sin(x)/x信号作为调制信号，正弦波信号作为载波信号进行幅值调制后的输出的模拟信号的波形示意图；图8为本发明一种实施方式所提供的以正态分布的钟形曲线信号作为调制信号，正弦波信号作为载波信号进行幅值调制后的输出的模拟信号的波形示意图；图9为本发明一种实施方式所提供的以指数函数信号作为调制信号，正弦波信号作为载波信号进行幅值调制后的输出的模拟信号的波形示意图。
如图7至图9所示，可以看出，当以正弦波激励信号为载波信号时，分别以y＝sin(x)/x信号、正态分布的钟形曲线信号或指数函数信号作为调制信号，皆可输出对应的间歇的周期性振荡信号，即所输出的模拟信号为间歇的周期性振荡信号。这使得所生成的对应的超声波信号也为间歇的周期性振荡信号，这就尽可能逼真地模拟了电力设备在实际运行中局部放电发生时所发出的超声波信号。
为了保证模拟信号的输出功率，优选所述正弦波激励信号的频率宽带范围为30kHz～300kHz，包括端点值；所述功率放大后的模拟信号的预设的频率带宽不小于30kHz～300kHz。
为了实现对超声波局部放电测试仪性能的考核，通过固定或连续改变所述载波信号的频率，以输出对应固定或连续可变频率的超声波信号，以实现对被检测试仪的频率宽带测试的考核。
通过线性改变所述载波信号的输出幅值，以输出对应的幅值线性变化的超声波信号，以实现对被检测试仪的测量线性误差的考核。
通过改变调制信号的输出频率，从而模拟电力设备实际局部放电单位周期内放电次数的变化，能够实现对被检测试仪放电脉冲计数功能的考核。
因此，通过改变载波信号和调制信号的参数，以输出对应的超声波信号，能够尽可能地逼真模拟电力设备实际局部放电所产生的超声波，以作为对超声波局部放电测试仪不同性能考核的信号参数，实现了对超声波局部放电测试仪各项性能的准确考核。
请参考图10，图10为本发明一种实施方式所提供的超声波发生系统结构示意图。
相应地，本发明一种实施方式还提供了一种超声波发生系统，用于生成模拟电力设备局部放电的超声波信号，包括：
用于输出连续的周期性的正弦波形的载波信号，和输出对所述载波信号进行幅值调制的预设调制信号的任意波形发生器1，任意波形发生器1将载波信号进行幅值调制后输出对应的模拟信号；
用于将所述任意波形发生器输出的模拟信号转化为对应的超声波信号的超声波发射振子2，所谓的超声波发射振子即换能器。
进一步地，为了提高任意波形发生器这一信号源的带负载能力，在其后级还增设了：对所述模拟信号进行功率放大，使所述功率放大后的模拟信号处于预设的频率带宽范围内的功率放大器3。
在本实施方式中，优选所述任意波形发生器输出的所述载波信号为连续输出的周期性正弦波激励信号；所述任意波形发生器输出的所述调制信号为y＝sin(x)/x信号波形、正态分布的钟形曲线信号波形或指数函数信号波形。
综上所述，本发明所提供的超声波发生系统及超声激励信号生成方法。由于生成的超声波信号完全取决于模拟信号，且电力设备实际的局部放电环境下所产生的超声波呈间歇的周期性。在连续的周期性的正弦波形的载波信号上进行幅值调制，以使连续的周期性的正弦波形调制为间歇的周期性模拟信号，使得以模拟信号转化来的超声波信号也呈间歇的周期性，从而实现了对电力设备实际的局部放电环境所产生的超声波的模拟，以将模拟信号转化的超声波信号作为测试信号，以便于用于超声波局部放电测试仪性能的考核。
尤其是，载波信号为连续输出的周期性正弦波激励信号；调制信号为y＝sin(x)/x信号波形、正态分布的钟形曲线信号波形或指数函数信号波形。通过固定或连续改变所述载波信号的频率，输出对应固定或连续可变频率的超声波信号，以实现对被检测试仪的频率宽带测试的考核。通过线性改变所述载波信号的输出幅值，输出对应的幅值线性变化的超声波信号，以实现对被检测试仪的测量线性误差的考核。通过改变调制信号的输出频率，从而模拟电力设备实际局部放电单位周期内放电次数的变化，能够实现对被检测试仪放电脉冲计数功能的考核。因此，通过改变载波信号和调制信号的参数，以输出对应的超声波信号，能够尽可能地逼真模拟电力设备实际局部放电所产生的超声波，以作为对超声波局部放电测试仪不同性能考核的信号参数，实现了对超声波局部放电测试仪各项性能的准确考核。
以上对本发明所提供一种超声波发生系统及超声激励信号生成方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种超声激励信号生成方法，用于生成模拟电力设备局部放电的超声波信号，其特征在于，包括：
输出连续的周期性正弦波形的激励信号作为载波信号；
输出预设的调制信号对所述载波信号进行幅值调制，以生成间歇的周期性的对应模拟信号；
将所述模拟信号转化为对应的超声波信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述生成间歇的周期性的对应模拟信号之后，还包括：
对所述模拟信号进行功率放大，使所述功率放大后的模拟信号处于预设的频率带宽范围内。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调制信号为y＝sin(x)/x信号波形、正态分布的钟形曲线信号波形或指数函数信号波形。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述正弦波激励信号的频率宽带范围为30kHz～300kHz，包括端点值；所述功率放大后的模拟信号的预设的频率带宽不小于30kHz～300kHz。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，固定或连续改变所述载波信号的频率，以输出对应固定或连续可变频率的超声波信号。
6.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，线性改变所述载波信号的输出幅值，以输出对应的幅值线性变化的超声波信号。
7.一种超声波发生系统，用于生成模拟电力设备局部放电的超声波信号，其特征在于，包括：
用于输出连续的周期性正弦波形的载波信号，和输出对所述载波信号进行幅值调制的预设调制信号的任意波形发生器；
用于将所述任意波形发生器输出的模拟信号转化为对应的超声波信号的超声波发射振子。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
对所述模拟信号进行功率放大，使所述功率放大后的模拟信号处于预设的频率带宽范围内的功率放大器。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述任意波形发生器输出的所述调制信号为y＝sin(x)/x信号波形、正态分布的钟形曲线信号波形或指数函数信号波形。
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