CN214895639U - 基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，该系统包括顺次连接的声压传感器阵列、信号调理电路、A/D转换电路、控制器模块和电源模块，信号调理电路包括分别与声压传感器阵列中的多个声压传感器阵元顺序连接的预滤波器模块、多通道增益模块、Sigma‑Delta ADC、CIC滤波器和低通滤波器。声压传感器阵列的存在保证检测局部放电位置的全面性，精确定位放电点位置，信号调理电路可将采集到的信号中包含的干扰噪音信号滤除或抑制，防止后续对局部放电信号显示造成干扰，增强有用信号，抑制噪声干扰，做到放电点的提取和精准定位。

Description

基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统

技术领域

本实用新型涉及配电网及户外变电站巡检技术领域，特别是一种基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统。

背景技术

目前电力系统中大量的电气设备布置紧凑集中，绝缘裕度越来越小，尤其是空气污染比较严重，湿度较大时，在此种环境中运行的电气设备会出现绝缘体局部区域表面放电，进而引起绝缘寿命降低、电力设备损坏的严重后果，影响生产安全。为了防止上述情况，电力部门对安装电路和电力设备进行定期检测。

高压电气设备发生局部放电时，由于绝缘表面气体或液体发生击穿现象会产生超声波能量并向四周发散。所以可通过超声波检测方法，即通过声压传感器检测放电中出现的声波，进而判断局部放电点的位置。但传统的声压传感器只能实现小范围区域化的模糊定位模式，不能精确局部放电部位。

现有专利号为CN102360059A的发明，公开了一种输配电线路局部故障的在线检测方法及装置，该发明采用在线远程定向聚焦拾音/定位的方法，捕捉放电过程中产生的超声波信号，用外差法将拾取到的超声波信号转换为检测人员可识别的声/电信号，根据声压/电压的数值大小或变化，来定性、定量地判断局部放电故障易发部位是否存在污秽放电现象，以及污秽放电的强弱程度，籍此来判断放电故障依法位置之污秽放电的强弱以及对系统威胁的大小，其可大量减少使用人工、定检费用，减少以往停电工作量，有效保证电力设备的安全运行。但该发明只能采用定点检测方法，不能全面性的检查局部放电部位的存在，且户外电气设备安装环境比较恶劣，数据接收时难免收到噪音信号干扰。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，可以抑制局部放电过程中采集到的干扰噪声信号，增强有用信号，精准获得局部放电点的位置信息。

本实用新型是一种基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，包括顺次连接的声压传感器阵列、信号调理电路、A/D转换电路、控制器模块和电源模块。其特征在于，所述信号调理电路包括分别与所述声压传感器阵列中的多个声压传感器阵元顺序连接的预滤波器模块、多通道增益模块、Sigma-Delta ADC、CIC滤波器和低通滤波器。

优选的，所述声压传感器阵列包括平面结构。

优选的，所述声压传感器阵列包括球面结构。

优选的，所述声压传感器阵列的阵元包括MEMS超声波传感器，且阵元数为32个以上。

优选的，所述声压传感器阵列的阵元数为64个。

优选的，所述控制器模块包括主控制器、与主控制器一侧连接的SRAM缓存电路和与主控制器另一侧连接的EMMC存储电路，所述主控制器包括ARM主控制器STM32F407单片机，所述主控制器通过串行外设接口SPI与USB通讯电路相连，所述主控制器通过通用异步收发传输器UART与蓝牙收发模块连接。

所述STM32F407单片机通过蓝牙模块数据传输与计算机连接。

所述电源模块用于给设备提供电能支持。

所述预滤波器模块为多个预滤波器并行连接，用于滤除高频杂波。

所述多通道增益模块为多通道放大电路，用于将并行传输信号调节增益满足后续A/D转换的输入要求。

本实用新型的声压传感器阵列检测其视场内存在的一定信号频率的超声波信号，并将其转化为模拟信号，该声压传感器阵列检测视场(FOV)为：60°±5°，可检测超声波信号频率为2kHz至52kHz可调, 该声压传感器阵列对电器设备的检测距离为0.5m-15m；转化后的模拟信号经预滤波器模块滤除高频杂波；预滤波后的信号，经多通道增益模块增益调节，调整至合适的幅度范围，以满足后续A/D转换的输入信号的要求；Sigma-Delta ADC对增益调节后的模拟信号采样，输出PDM信号；CIC滤波器对PDM信号降采样处理；降采样后的信号通过低通滤波器，滤除高频率，保存低频率。经信号调理电路处理后的信号输入到A/D转换器中，转换为适合在计算机中运行和存储的数字信号。该携带有空间局部放电点信息的数字信号经主控制器的蓝牙收发模块发送至云计算机或主机中进行存储和位置计算，即可得到局部放电点的精确位置。

本实用新型的有益效果是，通过声压传感器与阵列处理技术相结合，可以完整检测局部放电点位置，防止漏检，精确局部放电点位置，不会有模糊定位问题出现，也可将采集到的信号中包含的干扰噪音信号滤除或抑制，防止后续对局部放电信号显示造成干扰，增强有用信号，抑制噪声干扰，做到放电点的提取和精准定位。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步的说明。

图1是本实用新型实施例系统结构图。

图2是本实用新型实施例的信号调理电路结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和有益效果更加清晰、易理解，下面结合实施例和附图对本实用新型做出进一步的详细说明。

实施例

如图1和2所示，是本实用新型的一个实施例，该基于声压传感器阵列技术的局部放电精准检测系统包括顺次连接的声压传感器阵列1、信号调理电路2、A/D转换电路3、控制器模块10和电源模块4。声压传感器阵列1的阵元为MEMS超声波传感器阵元，阵元数为64个，MEMS传感器阵列1的结构为球型结构，当然也可以为平面结构。该MEMS传感器阵列1检测视场(FOV)为：60°±5°，可检测超声波信号频率为2kHz至52kHz可调, 该MEMS传感器阵列1检测距离为0.5m-15m。MEMS传感器阵列用于采集视场内一定频率的超声波信号，并将其转化为模拟信号。

信号调理电路2包括分别与MEMS传感器阵列1中的多个MEMS传感器阵元顺序连接的预滤波器模块21、多通道增益模块22、Sigma-Delta ADC23、CIC滤波器24和低通滤波器25。预滤波器模块21用于消除模拟信号中的高频杂波。多通道增益模块22将预滤波器模块21输出的信号进行增益调节，调整至合适的幅度范围，以满足后续A/D转换器的信号输入要求。Sigma-Delta ADC23对增益调节后的模拟信号采样，输出PDM信号。CIC滤波器24对PDM信号降采样处理。降采样后的信号通过低通滤波器25，滤除高频率，保存低频率。信号调理电路2输出的信号经A/D转换器3，转换成适合于计算机处理和存储的数字信号后，传输给控制器模块10。

控制器模块10包括ARM控制器STM32F407单片机6，STM32F407单片机6经可变静态存储控制器FSMC与SRAM缓存电路5相连，用于存储缓存数据，STM32F407单片机的另一侧通过外设接口SDIO与EMMC存储电路7连接。STM32F407单片机6可通过蓝牙收发电路9将局部放电采集处理后数据传输至主机或云计算机进行存储或处理。

显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，其特征在于，包括顺次连接的声压传感器阵列、信号调理电路、A/D转换电路、控制器模块和电源模块，所述信号调理电路包括分别与所述声压传感器阵列中的多个声压传感器阵元顺序连接的预滤波器模块、多通道增益模块、Sigma-Delta ADC、CIC滤波器和低通滤波器。

2.按照权利要求1所述的基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，其特征在于，所述声压传感器阵列为平面阵列或球面阵列。

3.按照权利要求2所述的基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，其特征在于，所述声压传感器阵列的阵元包括MEMS超声波传感器，所述声压传感器阵列的阵元数为32个以上。

4.按照权利要求3所述的基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，其特征在于，所述声压传感器阵列的阵元数为64个。

5.按照权利要求1所述的基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，其特征在于，所述控制器模块包括主控制器、与所述主控制器一侧连接的SRAM缓存电路和与所述主控制器另一侧连接的EMMC存储电路，所述主控制器包括ARM主控制器STM32F407单片机。

6.按照权利要求5所述的基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，其特征在于，所述主控制器通过串行外设接口SPI与USB通讯电路相连，所述主控制器通过通用异步收发传输器UART与蓝牙收发模块连接。

7.按照权利要求6所述的基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，其特征在于，所述主控制器通过所述蓝牙收发模块数据传输与计算机连接。

8.按照权利要求7所述的基于声压传感器阵列的局部放电精准检测系统，其特征在于，所述声压传感器阵列距电气设备的检测距离为0.5m-15m。

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