CN113945812A - 一种近场空间脉冲辐射定位传感器 - Google Patents

一种近场空间脉冲辐射定位传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种近场空间脉冲辐射定位传感器，包括近场接收传感器、信号处理模块和绝缘支撑杆，所述近场接收传感器和所述信号处理模块固定于所述绝缘支撑杆上，所述近场接收传感器与所述信号处理模块信号连接，所述近场接收传感器用于接收高压电器设备的射频信号和超声信号，所述信号处理模块用于对射频信号和超声信号进行处理，获取对应的窄带信号，通过对两路窄带信号对比分析，检测出最优信号并实现发送。本发明能够通过近场感应接收脉冲电磁波对空间局部放电源进行空间几何定位，具有灵敏度高，空间定位更精准，无需使用示波器等高速采集类处理设备，利用传感器导向性和幅值差异实现精准空间定位。

Description

一种近场空间脉冲辐射定位传感器
技术领域
本发明涉及输电设备检测技术领域，特别涉及一种近场空间脉冲辐射定位传感器。
背景技术
高压电气设备内部存在局部放电现象会导致绝缘系统劣化甚至造成击穿性故障的发生，导致高压电气设备损坏危害电力系统的安全可靠运行，对社会和经济造成重大损失。因此，对高压电气设备内部局部放电源进行空间定位是分析内部故障的基础，对于保证电网安全有重要意义。
对于高压电气设备放电源进行空间定位一般采用多个远场传感器和示波器组合的方式实现，具体为：在空间布置至少四个远场电磁波传感器，配合高速示波器采集远场电磁波传感器的实时脉冲波形，利用不同传感器之间的时间差和传播速度进行空间定位。
这种方案存在以下问题：
(1)需要多个传感器，每个传感器都需要记录空间位置，一般采用信号传输电缆连接，现场布置非常复杂。
(2)现场应用过程中需要多个传感器必须同时接收到同一个放电脉冲信号才能进行定位分析，定位成功率较低。
(3)多个传感器需要和高速示波器配合才能实现定位，导致成本相对较高，无法实现自动定位，经济性差。
例如专利号为CN201811594054.X的一种GIS特高频局部放电在线监测系统及其监测方法公开了包括传感器阵列单元、波形信号采集及传输单元、上位机单元；所述的传感器阵列单元包括均匀布置在 GIS绝缘子外缘的多个外置传感器以及布置在GIS内部的参考传感器；所述的波形信号采集及传输单元包括示波器和无线路由器，示波器用于融合传感器波形信号并定时发送波形数据；所述的上位机单元包括依次相连的信号处理滤波模块、局部放电判断模块以及局部放电定位模块；信号处理滤波模块接收波形数据并进行预处理及滤波，局部放电判断模块对GIS内部是否产生局部放电进行判断，局部放电定位模块用于定位局部放电位置，包括距离计算模块和空间定位模块；传感器阵列单元包括四个特高频传感器，GIS绝缘子为盆式绝缘子，三个外置传感器以间隔120°的方式布置在GIS盆式绝缘子外缘，一个参考传感器布置在GIS内部；需要多个传感器接收脉冲信号，定位成功率较低。
发明内容
鉴以此，本发明提出一种近场空间脉冲辐射定位传感器，能够通过近场感应接收脉冲电磁波对空间局部放电源进行空间几何定位，具有灵敏度高，空间定位更精准，无需使用示波器等高速采集类处理设备，利用传感器导向性和幅值差异实现精准空间定位。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种近场空间脉冲辐射定位传感器，包括近场接收传感器、信号处理模块和绝缘支撑杆，所述近场接收传感器和所述信号处理模块固定于所述绝缘支撑杆上，所述近场接收传感器与所述信号处理模块信号连接，所述近场接收传感器用于接收高压电器设备的射频信号和超声信号，所述信号处理模块用于对射频信号和超声信号进行处理，获取对应的窄带信号，通过对两路窄带信号对比分析，检测出最优信号并实现发送。
优选的，所述信号处理模块包括射频信号调理单元、超声信号调理单元、采集处理控制单元和供电单元，所述射频信号调理单元和所述超声信号调理单元分别与所述采集处理控制单元信号连接，所述供电单元为所述射频信号调理单元、超声信号调理单元和采集处理控制单元供电。
优选的，所述近场接收传感器包括第一线棒、第二线棒和绝缘屏蔽壳体，所述第一线棒和所述第二线棒固定于所述绝缘屏蔽壳体内，所述绝缘屏蔽壳体设有缝口。
优选的，所述射频信号调理单元包括前置放大器、差频电路、程控变频震荡电路、窄带信号提取电路和末级驱动电路，所述采集处理控制单元与所述程控变频震荡电路信号连接，所述前置放大器和所述程控变频震荡电路与所述差频电路信号连接，所述差频电路、窄带信号提取电路和末级驱动电路依次信号连接，所述末级驱动电路与所述采集处理控制单元信号连接。
优选的，所述超声信号调理单元包括阻抗变换电路、低噪声放大器、窄带信号提取电路和末级驱动电路，所述阻抗变换电路、低噪声放大器、窄带信号提取电路和末级驱动电路依次信号连接，所述末级驱动电路与所述采集处理控制单元信号连接。
优选的，所述采集处理控制单元包括双通道同步高速A/D转换电路、低功耗高速处理器、无线同步模块、无线通讯模块和数据存储器，所述双通道同步高速A/D转换电路与所述射频信号调理单元、超声信号调理单元和低功耗高速处理器信号连接，所述低功耗高速处理器与所述无线同步模块、无线通讯模块、数据存储器和射频信号调理单元信号连接。
优选的，所述供电单元包括电源进线滤波电路、模拟电源变换电路和数字电源变换电路，所述电源进线滤波电路与所述模拟电源变换电路和所述数字电源变换电路电连接，所述模拟电源变换电路为所述射频信号调理单元和所述超声信号调理单元供电，所述数字电源变换电路为所述采集处理控制单元供电。
优选的，所述第一线棒和所述第二线棒之间呈90度设置于所述绝缘屏蔽壳体内。
优选的，所述绝缘支撑杆包括连接座、伸缩绝缘杆和手柄，所述绝缘屏蔽壳体通过连接座与所述伸缩绝缘杆连接，所述伸缩绝缘杆的自由端与所述手柄连接。
优选的，所述连接座采用柔性绝缘材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，与现有的空间放电源定位系统相对，无需采用多个传感器和高速示波器，空间放电源定位现场操作简便无需方程求解计算，定位结果更为直观。采用近场空间脉冲辐射定位传感器，只需沿需定位设备的外部进行扫描检测，根据幅值和方向变化即可对放电源的空间位置进行定位，具有良好的经济性和适用性。
附图说明
图1为本发明一种近场空间脉冲辐射定位传感器的整体结构示意图；
图2为本发明一种近场空间脉冲辐射定位传感器的信号处理流程图；
图中，1前置放大器、2差频电路、3程控变频震荡电路、4射频信号调理单元的窄带信号提取电路、5射频信号调理单元的末级驱动电路、6阻抗变换电路、7低噪声放大器、8超声信号调理单元的窄带信号提取电路、9超声信号调理单元的末级驱动电路、10双通道同步高速A/D转换电路、11低功耗高速处理器、12无线同步模块、13 无线通讯模块、14数据存储器、15电源进线滤波电路、16模拟电源变换电路、17数字电源变换电路、18近场接收传感器、19信号处理模块、20绝缘支撑杆、21连接座、22伸缩绝缘杆、23手柄、24第一线棒、25第二线棒、26绝缘屏蔽壳体、27缝口。
具体实施方式
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。
实施例1
参见图1至图2，本发明提供的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，包括近场接收传感器18、信号处理模块19和绝缘支撑杆20，所述近场接收传感器18和所述信号处理模块19固定于所述绝缘支撑杆 20上，起到固定作用，且便于将本申请伸至高压电器设备处进行检测，所述近场接收传感器18与所述信号处理模块19信号连接，信号处理模块19可同时采集射频与超声信号，并自动对信号进行处理，分析出最小噪声的窄带信号，从而实现自动扫频降噪，所述近场接收传感器18用于接收高压电器设备的射频信号和超声信号，所述信号处理模块19用于对射频信号和超声信号进行处理，获取对应的窄带信号，通过对两路窄带信号对比分析，检测出最优信号并实现发送；通过近场接收传感器18进行信号收集，对收集的空间信号通过信号处理模块19得到中心频率可变的窄带信号以及提取超声信号并对其窄带信号提取，同时对获取的两路窄带信号进行信号对比分析，根据干扰信号的幅值自动控制分析，找到找出噪声最小的检测频带，检测出最优信号，通道信号处理模块19的无线模型传输到局部放电分析设备。
具体的，所述信号处理模块19包括射频信号调理单元、超声信号调理单元、采集处理控制单元和供电单元，所述射频信号调理单元和所述超声信号调理单元分别与所述采集处理控制单元信号连接，所述供电单元为所述射频信号调理单元、超声信号调理单元和采集处理控制单元供电；射频信号调理单元用于对射频信号进行处理，获取中心频率可变的窄带信号；超声信号调理单元用于对超声信号进行处理，获取相应的窄带信号并进行A/D转换；采集处理控制单元用于进行所述射频信号调理单元和所述超声信号调理单元输出的信号进行同步采集，对采集的信号进行干扰处理、对比分析、存储，获取噪声最小的检测频带，实现自动扫频降噪的功能；供电单元可用于对射频信号调理单元、超声信号调理单元、采集处理控制单元供电。
具体的，所述近场接收传感器18包括第一线棒24、第二线棒25 和绝缘屏蔽壳体26，所述第一线棒24和所述第二线棒25固定于所述绝缘屏蔽壳体26内，所述绝缘屏蔽壳体26设有缝口27。第一线棒24由磁芯和漆包线绕制而成，第二线棒25与第一线棒24结构和绕向完全一致。第一线棒24与第二线棒25分别插入到绝缘屏蔽罩两条边的中空内部，第一线棒24的尾端与第二线棒25的首段串联连接，第一线棒24的首端与第二线棒25的尾端引至绝缘屏蔽罩底部BNC 接线端子处进行连接，绝缘屏蔽罩两边的顶部孔用铝制螺栓进行封堵，保证开缝以外的部位为全屏蔽式结构，且用绝缘橡胶对近场传感器的内部和外部进行整体浇筑。
实施例2
参见图2，本实施例与实施例1的区别在于：所述射频信号调理单元包括前置放大器1、差频电路2、程控变频震荡电路3、窄带信号提取电路4和末级驱动电路5，所述采集处理控制单元与所述程控变频震荡电路3信号连接，所述前置放大器1和所述程控变频震荡电路3与所述差频电路2信号连接，所述差频电路2、窄带信号提取电路4和末级驱动电路5依次信号连接，所述末级驱动电路5与所述采集处理控制单元信号连接；前置放大器1对近场接收传感器18接收到的微弱的射频信号进行放大，前置放大器1输出的信号与程控变频震荡电路3输出的基准频率通过差频电路2与进行差频运算，再通过窄带信号提取电路4得到中心频率可变的窄带信号，最后通过末级驱动电路5提高输出性能。
具体的，所述超声信号调理单元包括阻抗变换电路6、低噪声放大器7、窄带信号提取电路8和末级驱动电路9，所述阻抗变换电路 6、低噪声放大器7、窄带信号提取电路8和末级驱动电路9依次信号连接，所述末级驱动电路9与所述采集处理控制单元信号连接。阻抗变换器采用MOS管电路，具备高输入阻抗和高灵敏度的优点，将超声传感器高阻输出的超声信号变换为低阻输出状态，与相连的低噪声放大器7相匹配，低噪声放大器7的输出信号经过窄带信号提取电路8处理后通过末级驱动电路9输出至A/D转换器。
具体的，所述采集处理控制单元包括双通道同步高速A/D转换电路10、低功耗高速处理器11、无线同步模块12、无线通讯模块13 和数据存储器14，所述双通道同步高速A/D转换电路10与所述射频信号调理单元、超声信号调理单元和低功耗高速处理器11信号连接，所述低功耗高速处理器11与所述无线同步模块12、无线通讯模块13、数据存储器14和射频信号调理单元信号连接；双通道同步高速A/D 转换电路10接收射频信号调理单元和超声信号调理单元的输出信号，进行同步采集，并将转换后的数字信号传送给低功耗高速处理器11，低功耗高速处理器11对信号进行干扰处理、对比分析、存储，并根据干扰信号的幅值自动控制程控变频震荡电路3改变频带，找出噪声最小的检测频带，从而实现自动扫频降噪的功能，最后低功耗高速处理器11将处理后的数据通过无线通讯模块13发送到与之匹配的局部放电检测仪进行显示和进一步分析。
具体的，所述供电单元包括电源进线滤波电路15、模拟电源变换电路16和数字电源变换电路17，所述电源进线滤波电路15与所述模拟电源变换电路16和所述数字电源变换电路17电连接，所述模拟电源变换电路16为所述射频信号调理单元和所述超声信号调理单元供电，所述数字电源变换电路17为所述采集处理控制单元供电；电源进线滤波电路15实现对电源噪声的滤除，模拟电源变换电路16 输出±5V的电压为射频信号调理单元和超声信号调理单元供电，数字电源变换电路17输出﹢3.3V的电压为采集处理控制单元供电。
实施例3
参见图1至图2，本实施例与实施例1的区别在于；所述第一线棒24和所述第二线棒25之间呈90度设置于所述绝缘屏蔽壳体26内；绝缘屏蔽罩为铝制L型内部中空结构，两条边长度相等，角度相差 90°，对应侧开缝，底部开孔安装BNC接线端子。
具体的，所述绝缘支撑杆20包括连接座21、伸缩绝缘杆22和手柄23，所述绝缘屏蔽壳体26通过连接座21与所述伸缩绝缘杆22 连接，所述伸缩绝缘杆22的自由端与所述手柄23连接；起到绝缘作用，提高安全性能。
具体的，所述连接座21采用柔性绝缘材料制成；柔性连接装置由硅橡胶护套、鹅颈管构成，可以对传感器的接收角度进行调整。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：包括近场接收传感器、信号处理模块和绝缘支撑杆，所述近场接收传感器和所述信号处理模块固定于所述绝缘支撑杆上，所述近场接收传感器与所述信号处理模块信号连接，所述近场接收传感器用于接收高压电器设备的射频信号和超声信号，所述信号处理模块用于对射频信号和超声信号进行处理，获取对应的窄带信号，通过对两路窄带信号对比分析，检测出最优信号并实现发送。
2.如权利要求1所述的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：所述信号处理模块包括射频信号调理单元、超声信号调理单元、采集处理控制单元和供电单元，所述射频信号调理单元和所述超声信号调理单元分别与所述采集处理控制单元信号连接，所述供电单元为所述射频信号调理单元、超声信号调理单元和采集处理控制单元供电。
3.如权利要求1所述的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：所述近场接收传感器包括第一线棒、第二线棒和绝缘屏蔽壳体，所述第一线棒和所述第二线棒固定于所述绝缘屏蔽壳体内，所述绝缘屏蔽壳体设有缝口。
4.如权利要求2所述的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：所述射频信号调理单元包括前置放大器、差频电路、程控变频震荡电路、窄带信号提取电路和末级驱动电路，所述采集处理控制单元与所述程控变频震荡电路信号连接，所述前置放大器和所述程控变频震荡电路与所述差频电路信号连接，所述差频电路、窄带信号提取电路和末级驱动电路依次信号连接，所述末级驱动电路与所述采集处理控制单元信号连接。
5.如权利要求2所述的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：所述超声信号调理单元包括阻抗变换电路、低噪声放大器、窄带信号提取电路和末级驱动电路，所述阻抗变换电路、低噪声放大器、窄带信号提取电路和末级驱动电路依次信号连接，所述末级驱动电路与所述采集处理控制单元信号连接。
6.如权利要求2所述的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：所述采集处理控制单元包括双通道同步高速A/D转换电路、低功耗高速处理器、无线同步模块、无线通讯模块和数据存储器，所述双通道同步高速A/D转换电路与所述射频信号调理单元、超声信号调理单元和低功耗高速处理器信号连接，所述低功耗高速处理器与所述无线同步模块、无线通讯模块、数据存储器和射频信号调理单元信号连接。
7.如权利要求2所述的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：所述供电单元包括电源进线滤波电路、模拟电源变换电路和数字电源变换电路，所述电源进线滤波电路与所述模拟电源变换电路和所述数字电源变换电路电连接，所述模拟电源变换电路为所述射频信号调理单元和所述超声信号调理单元供电，所述数字电源变换电路为所述采集处理控制单元供电。
8.如权利要求3所述的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：所述第一线棒和所述第二线棒之间呈90度设置于所述绝缘屏蔽壳体内。
9.如权利要求3所述的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：所述绝缘支撑杆包括连接座、伸缩绝缘杆和手柄，所述绝缘屏蔽壳体通过连接座与所述伸缩绝缘杆连接，所述伸缩绝缘杆的自由端与所述手柄连接。
10.如权利要求9所述的一种近场空间脉冲辐射定位传感器，其特征在于：所述连接座采用柔性绝缘材料制成。
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