CN114325279A - 一种瓷支柱绝缘子在线测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，包括声波发射模块和声波接收模块，所述声波发射模块包括依次连接的处理器、整流滤波电路、PWM放大电路和震动发射器，所述声波接收模块包括依次连接的A/D转换电路、电荷转换电路和振动接收器。本发明的一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，采用独特详实的物体力学测试理念，通过向绝缘子底部发射白噪声振动波，同时接收其振动反馈波，通过快速傅里叶分解该反馈波形，观察得到的频谱，即可判断该绝缘子内外是否有裂纹，裂纹大概部位，机械强度是否降低或丧失，以及绝缘子是否老化等缺陷，本发明可以应用于各电力企业以及电站绝缘子的在线检测，具有检测结果准确、携带方便等优点。

Description

一种瓷支柱绝缘子在线测量仪

技术领域

本发明涉及绝缘子检测领域，尤其是指一种瓷支柱绝缘子在线测量仪。

背景技术

支柱绝缘子是发电厂和变电站运行中大量使用的重要组成设备，起着支撑导线、断路器和高压开关作用，一旦断裂会引发大面积短路、接地、甚至造成附近工作人员的伤亡。断路器和高压开关的故障在很多情况下是由于绝缘子的破损造成，而伴随绝缘子的老化使得它们的报废几率随之增大，如何预防这种情况的发生，成为许多电力企业和电站的当务之急。众多的工作实践以及大量的实验表明，在运行过程中及时检出绝缘子外部和内部各种裂纹及机械强度降低等缺陷，根据具体情况采取相应的补救措施，可以避免绝大多数事故的发生。因此一台绝缘子带电探伤仪是电力系统运行时所必须的设备。

目前，现有技术一般都是针对远程测量和抗干扰性能的提升，例如，一种在中国专利文献上公开的“绝缘子检测装置”，其公告号CN104764983A，该装置包括：检测部分和接收部分，其中在检测部分中，绝缘子是绝缘子串上的一部分,漏电传感器位于绝缘子两端并传感绝缘子的漏电流，还通过数据线将传感的信号传输到检测处理模块，检测处理模块连接有太阳能电池板，并且检测处理模块和被太阳能电池板被置于接地塔上搭建的平台上；接收部分的接收部分模块包括无线接收模块、第二处理模块、波形显示模块和计算机。该绝缘子检测设备虽然可以对传输线上的绝缘子进行远程检测，并且危险性低、抗干扰能力强等优点，但体积大、不便于携带，且需要经远距离通信传输给终端设备才能查看到检测结果，适用性不高。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的检测装置不便携带且需要经远距离通信传输给终端设备才能查看到检测结果，适用性不高的问题，提供一种瓷支柱绝缘子在线测量仪。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，包括声波发射模块和声波接收模块，所述声波发射模块包括依次连接的处理器、整流滤波电路、PWM放大电路和震动发射器，所述声波接收模块包括依次连接的A/D转换电路、电荷转换电路和振动接收器。本发明的一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，采用独特详实的物体力学测试理念，通过向绝缘子底部发射白噪声振动波，同时接收其振动反馈波，通过快速傅里叶分解该反馈波形，观察得到的频谱，即可判断该绝缘子内外是否有裂纹，裂纹大概部位，机械强度是否降低或丧失，以及绝缘子是否老化等缺陷，本发明可以应用于各电力企业以及电站绝缘子的在线检测，具有检测结果准确、携带方便等优点。

作为本发明的优选方案，所述测量仪还包括显示模块，所述显示模块为触控显示屏。本发明可实时分析、显示检测的情况，在完成测量后通过处理器进行分析，通过触控显示屏直接将分析结果显示在测量仪上。

作为本发明的优选方案，所述测量仪还包括语音播报模块，实现语音播报功能。本发明具有语音播报等功能，供工作人员参考。

作为本发明的优选方案，所述测量仪还包括存储模块，用于存储相关数据。声波发射模块设有接收探针，在接收探针的最顶端设置了一个压电式加速度传感器，通过物理接触绝缘子，接收反射的声波，压电式加速度传感器将振动信号转变为电荷信号，传递给电荷转换电路进行滤波放大，最后进入处理器进行A/D转换和存储，存储设备采用TF卡，体积小、容量大，可支持上万条检测信息的存储。

作为本发明的优选方案，所述测量仪还包括USB模块，测量仪通过USB模块与电脑相连，实现数据上传。本发明还可以通过USB连接电脑，下载检测数据，进行保存或进一步的分析，方便上传检测数据，供其他工作人员使用。

作为本发明的优选方案，所述测量仪还包括电池模块，用于给测量仪供电。本发明的电池模块选用可拆卸蓄电池供电，没电可随时更换，非常方便。

作为本发明的优选方案，所述处理器采用cortex-m3内核的RAM处理器。主控制芯片采用cortex-m3内核的ARM处理器，功能强大，性能优越，能游刃有余的协调完成各项功能，处理速度快，大大减少了检测时间。

作为本发明的优选方案，所述测量仪还包括磁簧开关，用于实现电路的触发。磁簧开关为小尺寸体积的切换组件，并且切换速度非常快速、且具有非常优异的信赖性，触点与惰性气体一起密封在玻璃管内，不会受到外部气氛的影响，动作系统和电路都位于相同的轴上，适宜使用于高频率传输的应用产品，触点具有优越的耐蚀性和耐磨损性，使用寿命长，可获得稳定的开关动作。

因此，本发明具有以下有益效果：本发明可以应用于各电力企业以及电站绝缘子的在线检测，具有检测结果准确、检测速度快、存储容量大，携带方便等优点；本发明可实时分析、显示检测的情况，在完成测量后通过处理器进行分析，通过触控显示屏直接将分析结果显示在测量仪上。

附图说明

图1是本发明的瓷支柱绝缘子在线测量仪的硬件结构示意图；

图2是本发明的瓷支柱绝缘子在线测量仪的外观正面示意图；

图3是本发明的瓷支柱绝缘子在线测量仪的外观底部部分示意图；

图4是本发明的PWM放大电路原理图；

图5是本发明的电荷转换电路原理图；

图中：1、外壳；2、声波接收装置；3、声波发射装置；4、触控显示屏；5、USB接口；6、指示灯；7、功能按钮。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1所示，一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，包括声波发射模块，声波发射模块包括处理器、整流滤波电路、PWM放大电路和震动发射器，处理器与整流滤波电路相连，整流滤波电路与PWM放大电路相连，PWM放大电路与振动发射器相连，声波接收模块包括A/D转换电路、电荷转换电路和振动接收器，振动接收器与电荷转换电路相连，电荷转换电路与A/D转换电路相连，A/D转换电路与处理器即主控CPU相连，线测量仪还设有存储卡、触控显示屏、USB模块、磁簧开关和电池模块，由磁簧开关触发电路开关，处理器开始工作，初始化完成后发出白噪声PWM波，经过整流滤波后，通过放大电路驱动振动发射器发出声波振动；振动接收器接收信号后将电荷转化为电流信号，再通过A/D转化后存储到存储卡里，最后处理器将数据处理后在显示模块中显示出来，经过人工智能计算，给予检测结论，供工作人员参考，后期还可以通过USB模块连接电脑，将数据上传。

声波发射模块是由处理器、整流滤波电路、放大电路、声波发射模块组成的。其中处理器发出白噪声PWM波，经过整流滤波电路生成合适的波形进入放大电路，放大电路将输入的电信号放大后，供给声波发射模块适合的能量发射声波。声波发射模块在测量时与绝缘子直接接触，通过发射探针将声波振动传递给绝缘子。

在接收探针的最顶端设置了一个压电式加速度传感器，通过物理接触绝缘子，接收其反射的声波，压电式加速度传感器将振动信号转变为电荷信号，传递给处理模块进行滤波放大，最后进入处理器进行A/D转换和存储，存储设备采用TF卡，体积小、容量大，可支持上万条检测信息的存储。

本发明可实时分析、显示检测的情况，在完成测量后通过处理器进行分析，通过LCD屏幕直接将分析结果显示在检测仪上，同时实现语音播报等功能，供工作人员参考。还可以通过电缆连接电脑，下载检测数据，进行保存或进一步的分析，方便上传检测数据，供其他工作人员使用。

主控制芯片采用cortex-m3内核的ARM处理器，功能强大，性能优越。能游刃有余的协调完成各项功能，处理速度快，大大减少了检测时间。还可搭载显示屏，人机界面友好，操作更直观、简洁。可通过USB接口可连接电脑，实现数据的上传、下载等功能。

在一个实施例中，如图2和图3所示，包括外壳1，触控显示屏1设于测量仪的正面且在外壳1上，声波接收装置2和声波发射装置3设于外壳1的一侧，测量仪的背面设有USB接口5、指示灯6和功能按钮7，在本实施例中，指示灯6共有3个，包括电源指示灯、声波发射指示灯和声波接收指示灯，设有3个功能按钮7，包括电源按钮、磁簧开关控制按钮和声波调节按钮，使用设备时，按动磁簧开关控制按钮，磁簧开关触发电路开关，处理器开始工作，初始化完成后发出1KHz的白噪声PWM波，按动声波调节按钮可调整发射频率，调整范围在1KHz～10KHz之间，经过整流滤波后，通过放大电路驱动声波发射装置3发出声波振动；声波接收装置2接收信号后将电荷转化为电流信号，再通过A/D转化后存储到存储卡里，最后处理器将数据处理后在触控显示屏4中显示出来，经过人工智能计算，给予检测结论，供工作人员参考。后期还可以通过USB接口5连接电脑，将数据上传。

如图4所示，PWM放大电路包括电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50、电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54、电阻R55、电阻R56、电阻R57、电容C39、电容C40、电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电容C45、电容C46、电容C47、电容C48、芯片U11-MAX7414EUA、芯片U13-TDA7256、激励输出端J8、信号放大器、三极管Q2、三极管Q3、极性电容CC6、极性电容CC7、极性电容CC8、极性电容CC9、极性电容CC10、极性电容CC11、极性电容CC12，信号放大器的第八端接VDDA3V3电源，电容C40的一端接VDDA3V3电源，电容C40的另一端接地AGND，信号放大器的第四端接地AGND，电阻R53的一端与信号放大器的第五端相连，电阻R53的另一端与电阻R54的一端相连，电阻R55的一端与信号放大器的第六端相连，电阻R55的另一端与电阻R53的另一端相连，电容C46的一端与信号放大器的第五端相连，电容C46的另一端经电容C45与滑动变阻器VR2的第二端相连，电阻R48的一端与电容C46的另一端相连，电阻R48的另一端与信号放大器的第七端相连，电阻R50的一端与信号放大器的第六端相连，电阻R50的另一端与信号放大器的第七端相连，信号放大器的第七端经电容C42与电容C43的一端相连，电容C43的另一端与信号放大器的第三端相连，电容C43的一端经电阻R47与信号放大器的第一端相连，信号放大器的第二端经电阻R49与信号放大器的第一端相连，电阻R54的另一端接信号放大器的第二端，电阻R52的一端与电阻R54的一端相连，电阻R52的另一端与信号放大器的第三端相连，芯片U11的CLK端经电容C41接地AGND，芯片U11的SHDN端与VDD端均接VDDA3V3电源，芯片U11的IN端与信号放大器的第一端相连，芯片U11的GND接地AGND，芯片U11的OUT端经电阻R51与电容C44的一端相连，电容C44的另一端与芯片U13的第二端相连，芯片U13的第一端接VSS，芯片U11的OS端经电容C47接地AGND，芯片U11的OS端与COM端短接，芯片U13的第三端经电容C48接VSS，芯片U13的第四端与极性电容CC6的负极端相连，极性电容CC6的正极端与极性电容CC8的正极端相连，极性电容CC8的负极端接VSS，芯片U13的第五端与极性电容CC7的负极端相连，极性电容CC7的正极端与极性电容CC8的正极端相连，芯片U13的第六端接VSS，芯片U13的第七端极性电容CC8的正极端相连，芯片U13的第八端与三极管Q2的集电极相连，芯片U13的第九端与激励输出端J8的第一端相连，芯片U13的第十一端与激励输出端J8的第二端相连，芯片U13的第十端与三极管Q2的发射极相连，极性电容CC9的正极端与三极管Q2的发射极相连，极性电容CC9的负极端接VSS，极性电容CC10、极性电容CC11、极性电容CC12均与极性电容CC9同级并联，三极管Q2的基极经电阻R20与极性电容CC9的正极端相连，三极管Q2的基极经电阻R21与三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的发射极接VSS，三极管Q3的基极经电阻R22接输出控制端，三极管Q3的基极经电阻R23接VSS，滑动变阻器VR2的第一端接地AGND，滑动变阻器VR2的第三端经电阻R56与电阻R57的一端相连，电阻R57的另一端接PWM信号输入端。

如图5所示，电荷转换电路包括电阻R38、电阻R40、电阻R41、电阻R70、电阻R71、电阻R43、电阻R37、电阻R45、电阻R39、电容C31、电容C32、电容C34、电容C38、电容C36、电容C50、电容C37、电容C13、滑动变阻器VR3、放大器U10A、放大器U10B、放大器U5A，放大器U10B的第五端接地AGND，放大器U10B的第六端经电阻R40与电容C36的一端相连，电容C36的另一端接传感器输入，放大器U10B的第六端经电阻R38与放大器U10B的第七端相连，电容C33与电阻R38并联，放大器U10B的第八端接VDDA3V3电源，电容C34的一端接VDDA3V3电源，电容C34的另一端地AGND，放大器U10B的第四端接地AGND，放大器U10B的第七端经电阻R41与放大器U10A的第三端相连，放大器U10A的第三端经电容C38接地AGND，放大器U10A的第二端经电阻R70接地AGND，放大器U10A的第二端经电容C50与放大器U10A的第一端相连，电阻R71与电容C50并联，放大器U10A的第一端经电容C37与放大器U5A的第三端相连，放大器U5A的第三端经电阻R43接地AGND，放大器U5A的第二端经电容C31与放大器U5A的第一端相连，电阻R37与电容C31并联，放大器U5A的第四端接地AGND，放大器U5A的第八端接VDDA3V3电源，电容C13的一端接VDDA3V3电源，电容C13的另一端地AGND，放大器U5A的第一端经电容R39接P0_23，放大器U5A的第二端经电阻R45与滑动变阻器VR3的第二端相连，滑动变阻器VR3的第一端接地AGND，滑动变阻器VR3的第三端与滑动变阻器VR3的第二端相连。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明保护范围为准。

Claims (8)

1.一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，其特征是，包括声波发射模块和声波接收模块，所述声波发射模块包括依次连接的处理器、整流滤波电路、PWM放大电路和震动发射器，所述声波接收模块包括依次连接的A/D转换电路、电荷转换电路和振动接收器。

2.根据权利要求1所述的一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，其特征是，所述测量仪还包括显示模块，所述显示模块为触控显示屏。

3.根据权利要求1所述的一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，其特征是，所述测量仪还包括语音播报模块，实现语音播报功能。

4.根据权利要求1所述的一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，其特征是，所述测量仪还包括存储模块，用于存储相关数据。

5.根据权利要求4所述的一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，其特征是，所述测量仪还包括USB模块，测量仪通过USB模块与电脑相连，实现数据上传。

6.根据权利要求1所述的一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，其特征是，所述测量仪还包括电池模块，用于给测量仪供电。

7.根据权利要求1或5所述的一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，其特征是，所述处理器采用cortex-m3内核的RAM处理器。

8.根据权利要求1所述的一种瓷支柱绝缘子在线测量仪，其特征是，所述测量仪还包括磁簧开关，用于实现电路的触发。

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