專利名稱：一種突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置，適應于IOOdB動態范圍局部放電超聲波信號的高精度測量。本發明還涉及采用所述裝置的突發性/大動態范圍超聲波信號的測量方法。
背景技術：
高壓電氣設備內部的局部放電會產生超聲波信號，這可以通過安裝在設備外殼上的多個超聲波傳感器實現局部放電超聲波信號的檢測，并可根據超聲波信號傳播到多個傳感器的時間差(如圖I的局部放電超聲波信號的波形特征圖所示)，利用空間解析幾何的 方法計算出局部放電的發生部位，從而實現故障的定位。由于局部放電故障的隨機性，所產生的超聲波信號通常具有突發性和強度的不確定性，傳感器檢測到的超聲波信號在經過前置放大及濾波處理后，輸出電壓信號通常會在
0.ImV-IOV間變化，即被測信號的動態范圍可達100dB。要保證超聲波信號的測量精度，除選用高分辨率的A/D (模數采集器)外，還應根據被測信號的大小預先設定合適的測量量程。例如，在采用16Bit的A/D對信號進行采樣時，IOV量程的最小量化單位為10V/(216)=0. 16mV，如果此時被測信號為IV，則量化誤差僅為0. 016%。但如果被測信號僅為lmV，則量化誤差將高達16%，不能真實地反映出被測信號的波形特征。對于局部放電所產生的超聲波信號，由于具有突發性，通常無法根據信號的大小預先設定合適的測量量程。若選用較小的測量量程，雖然可提高信號量化的精度，但無法避免信號超出量程的問題；反之，若選用較大的測量量程，雖可保證被測信號不會因超量程而失真，但必然又會降低信號的量化精度，無法準確獲得被測信號的波形。此外，突發性信號的測量通常需采用觸發方式啟動或結束信號的采樣。對于動態范圍較大的超聲波信號來說，因無法預知信號的大小，故傳統的線性信號觸發方式通常難以正確地設定合適的觸發電平，如果觸發電平過低，現場環境噪聲將會導致采樣的誤觸發動作而產生許多無效的數據，如果觸發電平較高，則又很可能錯過對較小信號的采樣，丟失有效的測量信息。
發明內容
本發明所要解決的第一個技術問題，就是提出一種突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置。本發明所要解決的第二個技術問題，就是提出一種突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量方法。本發明的裝置和方法可選擇合適的測量量程準確捕捉到局部放電超聲波信號的波形特征，同時還可以避免現場環境噪聲導致的采樣誤觸發和錯過對較小信號的采樣問題，有利于提聞局部放電故障的定位精度。
解決上述第一個技術問題，本發明采用的技術方案如下
一種突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置，包括依次連接的超聲波傳感器、前置放大濾波處理模塊、測量通道和后續處理電路，所述的測量通道為至少2個并聯的具有不同量程的線性測量通道，測量通道中包含A/D模數轉換器，其特征是所述的測量通道還并聯有一個從不同量程的線性測量通道中選取具有最高量化精度的采樣數據為最終結果的對數測量通道，對數測量通道中包含A/D模數轉換器。所述的線性測量通道為4個,量程分別為0 — 0. 01 V、0 — 0. IV、0 — IV和0 — IOV ；
所述的A/D模數轉換器的分辨率為16Bit，所述的對數測量通道的量程為0 — 10V。解決上述第二個技術問題，本發明采用的技術方案如下
一種采用上述裝置的突發性/大動態范圍超聲波信號的測量方法，包括以下步驟 SI超聲波信號在經過前置放大及濾波處理后，分別送至至少2個具有不同量程的線性測量通道，用A/D模數轉換器同時對這些信號進行采樣和處理；
S2 超聲波信號在經過前置放大及濾波處理后，還送至對數測量通道，用A/D模數轉換器對該信號進行采樣和處理；
S3在步驟S2中，若采樣數據至少連續3次(可設置)超過預先設定的對數觸發電平，則在繼續一段時間19毫秒(可設置)后停止采樣，保存觸發時刻前后一段時間20毫秒(可設置)內不同量程的線性測量通道的采樣數據，并從中選取具有最高量化精度的采樣數據為最終結果。有益效果
I、可在IOOdB動態范圍內保證信號的采樣精度，能夠真實反映局部放電超聲波信號的波形特征。例如，對于一個峰值僅為ImV的微小信號，將自動選用0 — 0. OlV線性測量通道進行數據采樣，由于16Bit分辨率的模數轉換器的量化單位為0. 01V/216=0. 00016mV，故此時對信號的量化誤差僅為0. 016%，提高模數轉換器的分辨率還可進一步提高測量精度。2、可在IOOdB動態范圍內設置信號的觸發采樣電平，并能有效抑制尖脈沖噪聲所導致的誤觸發現象，提高對大動態范圍、突發性局部放電超聲波信號的捕捉能力。
圖I為本發明的突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置實施例的組成結示意 圖2為本發明的突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置實施例的測量流程圖； 圖3為本發明的突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置實施例的觸發流程圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明的突發性/大動態范圍超聲波信號的精確測量裝置實施例，包括依次連接的超聲波傳感器、前置放大濾波處理模塊、測量通道和后續處理電路，測量通道為4個并聯的具有不同量程的線性測量通道，量程分別為0 — 0. 01V、0 — 0. 1V、0 - IV和0 - IOV ;測量通道中包含A/D模數轉換器，A/D模數轉換器的分辨率為16Bit ;測量通道還并聯有一個從不同量程的線性測量通道中選取具有最高量化精度的采樣數據為最終結果的對數測量通道，對數測量通道中也包含A/D模數轉換器。
采用上述裝置的突發性/大動態范圍超聲波信號的測量方法，包括以下步驟
SI超聲波信號在經過前置放大及濾波處理后，分別送至0 — 0. 01V、0 - 0. 1V、0 - IV和0 — IOV四個具有不同量程的線性測量通道，用16Bit分辨率的A/D (模數轉換器)同時對這些信號進行采樣和處理；
S2超聲波信號在經過前置放大及濾波處理后，送至0 — IOV對數測量通道，用16Bit分辨率的A/D (模數轉換器)對該信號進行采樣和處理，若采樣數據連續多次(可設置)超過預先設定的對數觸發電平，則在繼續一段時間后將自動停止信號采樣，保存觸發時刻前后一段時間內4個線性測量通道的采樣數據，并從中選取具有最高量化精度的采樣數據為最終結果。由于對數化處理能夠有效地壓縮大信號、提升小信號，提高輸出信號的動態測量范圍，并可有效抑制尖脈沖噪聲所導致的誤觸發現象，故可在IOOdB范圍內方便地設置觸發電平，并且具備抗尖脈沖噪聲干擾的功能，可有效提高捕捉小信號時的采樣可靠性。但由于經對數處理后的波形幅度會嚴重失真，故該方法僅適用于信號的觸發，不能用于超聲波信號波形的測量；
S3在步驟S2中，若采樣數據至少連續3次(可設置)超過預先設定的對數觸發電平， 則在繼續一段時間19毫秒(可設置)后停止采樣，保存觸發時刻前后一段時間20毫秒(可設置)內不同量程的線性測量通道的采樣數據，并從中選取具有最高量化精度的采樣數據為最終結果，也即選取幅度最高且沒有超過量程的采樣數據，即可在IOOdB動態范圍內保證較高的信號量化精度。例如，若被測信號的峰值在1-10V之間，則將選用0-10V測量通道的采樣數據；若在0. I-IV之間，則會選用O-IV的采樣數據；若在0.01-0. IV之間，則會選用0-0. IV的采樣數據；若在0. 001-0. OlV之間，則會選用0-0. OlV的采樣數據，選用在不考慮噪聲的理想情況下，上述信號的采樣均可獲得0. 016%的量化精度，明顯優于傳統的固定量程測量方式。
權利要求
1.一種突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置，包括依次連接的超聲波傳感器、前置放大濾波處理模塊、測量通道和后續處理電路，所述的測量通道為至少2個并聯的具有不同量程的線性測量通道，測量通道中包含A/D模數轉換器，其特征是所述的測量通道還并聯有一個從不同量程的線性測量通道中選取具有最高量化精度的采樣數據為最終結果的對數測量通道，對數測量通道中包含A/D模數轉換器。
2.根據權利要求I所述的突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置，其特征是所述的線性測量通道為4個,量程分別為O — 0. 01V、0 — 0. 1V、0 — IV和0 — IOV ;所述的A/D模數轉換器的分辨率為16Bit，所述的對數測量通道的量程為0 — 10V。
3.一種采用如權利要求I或2所述的裝置的突發性/大動態范圍超聲波信號的測量方法，包括以下步驟 SI超聲波信號在經過前置放大及濾波處理后，分別送至至少2個具有不同量程的線性測量通道，用A/D模數轉換器同時對這些信號進行采樣和處理； S2 超聲波信號在經過前置放大及濾波處理后，還送至對數測量通道，用A/D模數轉換器對該信號進行采樣和處理； S3在步驟S2中，若采樣數據至少連續3次超過預先設定的對數觸發電平，則在繼續一段時間19毫秒后停止采樣，保存觸發時刻前后一段時間20毫秒內不同量程的線性測量通道的采樣數據，并從中選取具有最高量化精度的采樣數據為最終結果。
全文摘要
一種突發性/大動態范圍局放超聲信號的測量裝置，包括4個并聯的具有不同量程的線性測量通道，另還并聯有一個對數測量通道，各通道中包含A/D。測量方法S1 信號經過放大濾波后，送至4個具有不同量程的線性測量通道，A/D同時對這些信號進行采樣和處理；S2 信號經放大濾波后還送至對數測量通道，用A/D對該信號進行采樣和處理；S3 在步驟S2中，若采樣數據至少連續3次超過預設觸發電平，則在19毫秒后停止采樣，保存觸發前后20毫秒內不同量程的線性測量通道的采樣數據，并從中選取具有最高量化精度的采樣數據為最終結果。本發明可準確捕捉到局部放電超聲波信號，還可避免噪聲導致的誤觸發和錯過較小信號問題。
文檔編號G01R31/12GK102759689SQ201210200048
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月18日 優先權日2012年6月18日
發明者盧啟付, 呂鴻, 姚森敬, 彭向陽, 李興旺, 王圣, 王宇, 王流火, 王紅斌 申請人:北京圣泰實時電氣技術有限公司, 廣東電網公司電力科學研究院