CN203275573U - 1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器 - Google Patents
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Abstract
1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器，包括金属屏蔽外壳、微带天线、同轴电缆连接器，屏蔽外壳为底部敞开的盒体，微带天线设置于屏蔽外壳内并面向屏蔽外壳的开口；微带天线是频带带宽为1.43～2.45GHz的贴片天线，微带天线的导体贴片设置于介质基板上、接地板为屏蔽外壳；屏蔽外壳内设置有位于微带天线与屏蔽外壳顶壁间的集成电路板，集成电路板上设置有依次连接的低噪放大模块、对数检波模块、二级放大模块及分别与低噪放大模块、对数检波模块、二级放大模块相连的电源模块，低噪放大模块的输入端与微带天线相连，二级放大模块通过同轴电缆连接器将信号输出。本实用新型灵敏度高，信号失真小，信噪比特性好。
Description
技术领域
本实用新型属于高压电力设备局部放电检测技术领域，特别涉及一种超高频局部放电检测传感器，用于检测气体绝缘组合电器设备（Gas Insulated Switchgear，以下简称GIS）内部局部放电情况。
背景技术
在高压电力系统中，由于制造工艺、运输以及装配过程中不可避免的缺陷，例如引入灰尘、导电颗粒或设备内形成的金属尖端及空穴等，容易引发电力系统中各种形式的局部放电，从而导致高压设备的绝缘击穿，使电力系统发生故障，给国民经济造成损失，因此对局部放电现象进行准确检测及测量是保障电力系统正常工作至关重要的环节。
近年来高压电力设备局部放电检测已经发展得比较成熟，局部放电的检测方法主要为超声波检测法和超高频检测法。超声波检测法具有抗电磁干扰能力和方向性较好的特点，但是其灵敏度较低并且有较大的背景噪声，因此实际应用不多。超高频检测法由于其高灵敏度和动态范围宽，近几年来发展较快，是目前高压电力系统最常用的局部放电检测方法，超高频检测法通过前端接收天线接收从GIS内部泄露出来的电场信号，并将信号传至后端处理电路进行处理，从而对系统中是否存在局部放电现象进行检测。随着检测技术的发展，开发结构合理、灵敏度高、低噪声、能有效保留局部放电信号特征信息的检测传感器成为业内关注的热点。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种灵敏度高、低噪声，信号失真小的超高频局部放电检测传感器。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器，包括：金属屏蔽外壳、微带天线、同轴电缆连接器，屏蔽外壳为底部敞开的盒体，微带天线设置于屏蔽外 壳内并面向屏蔽外壳的开口，以便于接收局部放电信号；微带天线是频带带宽为1.43GHz～2.45GHz的矩形贴片天线，微带天线的导体贴片设置于介质基板上，微带天线的接地板为屏蔽外壳；在屏蔽外壳内设置有集成电路板，集成电路板位于微带天线与屏蔽外壳顶壁之间，集成电路板上设置有依次连接的低噪放大模块、对数检波模块、二级放大模块以及分别与低噪放大模块、对数检波模块、二级放大模块相连的电源模块，低噪放大模块的输入端与微带天线相连，二级放大模块通过同轴电缆连接器将信号输出。
进一步的，所述微带天线的导体贴片包括辐射片和接地片，所述辐射片的尺寸大于所述接地片的尺寸，且所述辐射片和所述接地片均为矩形铜片，所述微带天线的馈电点位于所述辐射片和接地片之间且位于导体贴片的纵向中心线上。
进一步的，所述微带天线采用同轴探针馈电。
进一步的，所述介质基板的介电常数为2.55。
进一步的，所述低噪放大模块是型号为ADL5521的低噪放大器。
进一步的，所述对数检波模块是为AD8317的六阶对数解调放大器。
进一步的，所述二级放大模块是型号为AD8009的低失真运算放大器。
由以上可知，本实用新型将具有特殊形状结构的微带天线和集成电路板都设置于屏蔽外壳内，屏蔽外壳不仅可以对外界干扰进行屏蔽，有效避免外界干扰，而且屏蔽外壳还充当微带天线的接地板，进一步的，将微带天线、集成电路板与屏蔽外壳集于一体，使用频带带宽为1.43GHz～2.45GHz的微带天线，不仅可以有效的接收局放信号，灵敏度高，而且也避免了900MHZ以下的低频干扰；同时接收的局部放电信号经过低噪放大电路及检波电路后信号失真小，能最大限度地保留局放信号的特征信息。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例的结构示意图；
图2是图1的仰视图；
图3为本实用新型的电路原理框图。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实用新型的超高频局部放电检测传感器包括金属屏蔽外壳1、微带天线2、同轴电缆连接器3和集成电路板4。为了便于描述，以图1中的中心线A-A来定义上下的方向。
本实施例的屏蔽外壳1是由一对短侧壁1a、一对长侧壁1b以及与前述短侧壁1a和长侧壁1b相连的顶壁1c组成的底部开口的盒体形状，短侧壁1a与长侧壁1b相邻设置，其中，长侧壁1b的下底边1d为弧形底边，该弧形的下底边1d从长侧壁1b的下边缘向上内凹，其弧度与盆式绝缘子外形相对应，以便于检测时放置在盆式绝缘子上。短侧壁1a是下底边为直线的方形结构。屏蔽外壳也可以采用其它形状的盒体结构。
在屏蔽外壳1内设置有微带天线2，微带天线2由导体贴片2-1、介质基板2-2和接地板组成，导体贴片2-1设置于介质基板2-2上，导体贴片2-1面向屏蔽外壳1的开口1e设置，以便于接收局部放电信号。本实用新型的微带天线2为矩形贴片天线，本实施例中微带天线2的导体贴片2-1为铜箔，导体贴片2-1设置于介电常数为2.55的介质基板2-2上，介质基板2-2的材质为聚四氟乙烯。微带天线2安装在屏蔽外壳1内，金属材质的屏蔽外壳1同时充当微带天线2的接地板。
本实用新型的微带天线2为一种异形胖偶极子天线，大致呈长方形片体，如图2所示，导体贴片包括两部分：辐射片2-1a和接地片2-1b，辐射片2-1a的尺寸大于接地片2-1b的尺寸，辐射片2-1a和接地片2-1b均为矩形。本实施例中导体贴片2-1的整体尺寸为4cm×7.2cm，馈电点A位于辐射片2-1a和接地片2-1b之间且在导体贴片的纵向中心线b-b上，微带天线2采用同轴探针馈电。本实用新型的微带天线2的频带带宽优选为1.43GHz～2.45GHz，该频带带宽范围内不仅可以有效的接收局放信号，灵敏度高，而且避免了900MHz以下的低频干扰和GSM干扰。
在屏蔽外壳1内还设置有集成电路板4。如图1所示，在屏蔽外壳1中，微带天线2靠近屏蔽外壳1的开口1e设置，集成电路板4靠近屏蔽外壳1的顶壁1c设置，集成电路板4位于微带天线2与屏蔽外壳1的顶壁1c之间。同时参照图3，集成电路板4上设置有依次连接的低噪放大模块4-1、对数检波模块4-2、二级放大模块4-3以及电源模块4-4，电源模块4-4分别与低噪放 大模块4-1、对数检波模块4-2和二级放大模块4-3相连，微带天线2通过同轴线和微波高频连接器（Small A Type，简称SMA接头）与低噪放大模块4-1的输入端相连，微带天线2接收从GIS设备中泄露的局部放电信号，低噪放大模块4-1将接收到的微弱的电信号进行放大，然后通过对数检波模块4-2检测出其包络，再通过二级放大模块4-3对包络信号进行进一步放大，最后输出。本实施例的二级放大模块4-3的输出端通过同轴电缆连接器3与后续电路相连。由于局部放电信号泄露出来的电磁波信号相当微弱，本实用新型在对数检波模块4-2前端设置低噪放大模块4-1，可以保持较低噪声系数，有效地放大接收到的放电信号，确保整体电路的信噪比。本实用新型的微带天线2及集成电路板4的接地都与屏蔽外壳1相连接地。
优选的，本实用新型的低噪放大模块4-1选用型号为ADL5521的低噪放大器，其工作频率为400～4000MHz，它为单边带下变频采样结构以及直接变频接收器提供高增益及低噪声性能，功耗低。在ADL5521布版时，当频率高于1.3GHz时，需接一段尺寸为7.5×0.5mm的微带线，根据工作频率的不同，在微带线的不同位置需要对地接入电容。
优选的，本实用新型的对数检波模块4-2选用型号为AD8317的六阶对数解调放大器，其由一系列级联放大器组成，每个放大器配有一个平方检波器来修正输出信号，射频测量及功率控制频率可以到达10GHz。
优选的，本实用新型的二级放大模块4-3选用型号为AD8009的低失真运算放大器。由于传感器电路主要器件如ADL5521、AD8317、AD8009以及所用三极管所用电源供电都为+5V，为了给这些器件提供稳定+5V电源，电源模块4-4采用LT1762将外界电源转化成稳定5V供电输出。
微带天线2接收的局部放电信号通过SMA接头输入到ADL5521输入端，经过ADL5521进行低噪放大，然后信号输入到AD8317中进行检波，AD8317输出的检波包络信号再经过晶体管的反相电路输入到AD8009进行二级放大，放大后的信号经过二极管与隔直流电容输出。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，如在以上 说明中集成电路板上的各集成模块各举了一个具体型号的电路进行说明，但本领域的技术人员仍可根据需求设计出不同的电路来实现相同的功能，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。
Claims (7)
1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器，包括：金属屏蔽外壳、微带天线、同轴电缆连接器，所述屏蔽外壳为底部敞开的盒体，所述微带天线设置于所述屏蔽外壳内并面向屏蔽外壳的开口，以便于接收局部放电信号；
其特征在于：
所述微带天线是频带带宽为1.43GHz～2.45GHz的矩形贴片天线，所述微带天线的导体贴片设置于介质基板上，所述微带天线的接地板为所述屏蔽外壳；
在所述屏蔽外壳内设置有集成电路板，所述集成电路板位于所述微带天线与屏蔽外壳顶壁之间，所述集成电路板上设置有依次连接的低噪放大模块、对数检波模块、二级放大模块以及分别与所述低噪放大模块、对数检波模块、二级放大模块相连的电源模块，所述低噪放大模块的输入端与所述微带天线相连，所述二级放大模块通过所述同轴电缆连接器将信号输出。
2.根据权利要求1所述的1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器，其特征在于：所述微带天线的导体贴片包括辐射片和接地片，所述辐射片的尺寸大于所述接地片的尺寸，且所述辐射片和所述接地片均为矩形铜片，所述微带天线的馈电点位于所述辐射片和接地片之间且位于导体贴片的纵向中心线上。
3.根据权利要求1所述的1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器，其特征在于：所述微带天线采用同轴探针馈电。
4.根据权利要求1所述的1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器，其特征在于：所述介质基板的介电常数为2.55。
5.根据权利要求1所述的1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器，其特征在于：所述低噪放大模块是型号为ADL5521的低噪放大器。
6.根据权利要求1所述的1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器，其特征在于：所述对数检波模块是为AD8317的六阶对数解调放大器。
7.根据权利要求1所述的1.4GHz～2.4GHz超高频局部放电检测传感器，其特征在于：所述二级放大模块是型号为AD8009的低失真运算放大器。
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