一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器的制造方法
【專利摘要】一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，包含封閉式Hilbert分形天線、信號調理模塊、無線通訊模塊和電源模塊。所述封閉式Hilbert分形天線包含導線貼片、介質基底、接地層和饋電探針。所述導線貼片是根據三階Hilbert分形曲線改進設計而成的，包含首尾相連而成的封閉式輻射臂。所述信號調理模塊包含放大濾波單元、峰值保持單元和數據采集單元。所述無線通訊模塊采用WIFI無線發射模塊。本實用新型適用于高壓開關柜、變壓器、電力電纜、GIS設備等電氣設備內部局部放電檢測。
【專利說明】
一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，屬電力設備絕緣在線檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]高壓電氣設備在發生絕緣介質擊穿之前往往表現為局部放電(簡稱局放)的逐步發展和增強，絕緣故障常常起源于局放造成的絕緣劣化。局放是絕緣發生劣化的重要征兆，絕緣的劣化程度越高，局放活動越強烈；同時局放也是導致絕緣進一步劣化的重要原因。
[0003]當局部放電在電氣設備內部很小的范圍內發生時，擊穿過程很快，將產生很陸的脈沖電流，其上升時間為ns級，并激發頻率高達數百MHz及以上的電磁波。特高頻檢測法是通過檢測從電氣設備內部泄漏出來的特高頻電磁信號，判斷電氣設備內部的缺陷情況。由于特高頻檢測法能有效避開了現場低頻電暈干擾，近年來得到研究機構、制造廠商及電力系統運行部門廣泛關注和應用。
[0004]傳感器設計是局部放電特高頻檢測法的關鍵技術。傳感器良好的性能是成功實現高靈敏度局部放電檢測的根本保證。目前，用于局部放電檢測的特高頻傳感器主要有環形天線、平面螺旋天線、探針式天線等。應用經驗表明現有的特高頻傳感器存在以下問題:I)檢測頻帶較窄，損失了較多的局部放電信息；2)體積大，且多采用電纜傳輸信號，檢測不便利;3)增益小，不利于接收微弱的局部放電信號。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的，為了克服現有特高頻天線檢測頻帶窄、體積大等缺點，本實用新型提供一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器;該傳感器并具備數據處理及傳輸的功能。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0007]—種智能特高頻傳感器，包括封閉式Hilbert分形天線、信號調理模塊、無線通訊模塊和電源模塊；
[0008]所述封閉式Hilbert分形天線，用于接收局部放電激發的特高頻電磁波信號；
[0009]所述信號調理模塊，用于實現特高頻放電信號濾波、放大、峰值保持及數據采集；
[0010]所述無線通訊模塊，用于將信號結果發射至接收主機；
[0011 ]所述電源模塊，用于信號調理模塊和無線通訊模塊供電；
[0012]所述封閉式Hilbert分形天線連接所述信號調理模塊;所述信號調理模塊連接所述無線通訊模塊;所述電源模塊連接信號調理模塊和無線通訊模塊。
[0013I所述智能特高頻傳感器，其工作原理為:所述封閉式Hi Ibert分形天線作為接收天線耦合局部放電激發的特高頻電磁波信號，并傳輸至所述信號調理模塊;所述信號調理模塊對所述封閉式Hilbert分形天線耦合的特高頻信號處理，濾處干擾信號并將信號放大，然后通過包絡檢波方式獲取信號的峰值電壓，最后完成數據采集并傳送至所述無線通訊模塊;所述無線通訊模塊通過WIFI方式將信號發送至主機。
[OOM]進一步，所述封閉式Hi Ibert分形天線包括導線貼片、介質基底、接地層和饋電探針。所述導線貼片敷設在介質基底的上表面;所述接地層敷設在介質基底的下表面;所述導線貼片通過饋電探針饋電。
[0015]進一步，所述導線貼片包括首尾相連而成的封閉輻射臂，所述輻射臂根據三階Hi Ibert分形曲線進行設置;所述輻射臂設置有饋電點，所述饋電點位置設置在最接近于所述輻射臂的幾何中心點處的導線段上。
[0016]進一步，所述導線貼片在介質基底上的覆蓋面為矩形面。
[0017]進一步，所述導線貼片在介質基底上的覆蓋面的邊長為76mm;所述輻射臂的寬度為2mm;所述輻射臂的間距為2mm。
[0018]進一步，所述介質基底為TaconicRF-35介質板，其介電常數為3.5;所述介質基底的厚度5mm，所述介質基底邊長為86mm。
[0019]進一步，所述信號調理模塊包含放大濾波單元、峰值保持單元和數據采集單元;放大濾波單元將封閉式Hi Ibert分形天線送來的信號進行放大濾波，送至峰值保持單元通過包絡檢波方式獲得放電信號的峰值電壓，再送至數據采集單元，采集完成后的數據發送給無線通訊模塊。
[0020]進一步，所述放大濾波單元由帶通濾波器及低噪聲放大器組成，所述帶通濾波器具備濾除手機干擾信號功能。
[0021]進一步，所述無線通訊模塊采用WIFI無線發射模塊。
[0022]本實用新型具有以下有益效果:本實用新型傳感器在300MHz到1.0GHz范圍內具有多個檢測頻帶，阻抗帶寬(VSWR〈5)可達80%，能夠記錄局部放電的大部分信息，不會造成遺漏情形。本實用新型傳感器信號半功率波束角度寬，全方向內方向性差異小。能有效接收來自正前方的局部放電信號，檢測靈敏度高。本實用新型傳感器具備數據處理功能，可對特高頻放電信號進行降頻處理，并保留其峰值相位特征，降低了數據采集成本。本實用新型傳感器采用無線通訊，不需要有線連接，提高檢測安全性與便利性。
【附圖說明】
[0023]圖1是智能特高頻傳感器原理框圖；
[0024]圖2是封閉式Hilbert分形天線結構示意圖；
[0025]圖3是改進的3階Hilbert分形曲線，即所述的導線貼片
[0026]圖4是本實用新型的實測駐波比圖；
[0027]圖5是本實用新型的實測方向圖，其中(a)為653MHz處phi=0°方向圖，(b)為653MHz處phi=90°方向圖；
[0028]圖中，I是封閉式Hilbert分形天線，2是信號調理模塊，3是無線通訊模塊，4是電源模塊，5是放大濾波單元，6是峰值保持單元，7是數據采集單元，8是導線貼片，9是介質基底，10是接地層，11是饋電探針，12是封閉式Hi Ibert分形福射臂，13是饋電點。
【具體實施方式】
[0029]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。
[0030]本實施例智能特高頻傳感器設置有連接于封閉Hilbert分形天線I信號輸出的信號調理模塊2、無線通訊模塊3和電源模塊4，如圖1所示。
[0031]信號調理模塊2包括放大濾波單元5、峰值保持單元6和數據采集單元7。放大濾波單元用來濾除干擾，并放大信號，由帶通濾波器及低噪聲放大器組成。由于手機干擾頻率在特高頻檢測頻帶內，需采用陷波器濾除。因此，帶通濾波器由低通、高通濾波器和陷波器級聯而成，可選用橢圓函數濾波器原型。低噪聲放大器由場效應晶體管、輸入輸出匹配網絡、電源濾波、直流偏置等組成。
[0032]數據采集單元最高采樣率為50MHz，A/D分辨率為12bit。采集完成后的數據發送給無線通訊模塊。
[0033]無線通訊模塊采用基于WIFI原理的無線信號發射模塊，通過WIFI方式將信號發送至主機。
[0034]圖2為所示封閉式HiIbert分形天線結構示意圖；封閉式Hi Ibert分形天線包括導線貼片8、介質基底9、接地層10和饋電探針11;在介質基底9上表面，敷設有導線貼片8;接地層10敷設在介質基底9的下表面;所述導線貼片通過饋電探針11饋電。
[0035]封閉Hilbert分形天線檢測的特高頻放電信號頻率很高，受數據采集和存儲的限制，難以實時觀測信號原始波形。所述峰值保持單元采用高頻檢波二極管通過包絡檢波方式獲得放電信號的峰值電壓，并延拓信號持續時間寬度，以滿足一般數字采集系統的要求。
[0036]圖3為改進的3階Hilbert分形曲線，即所述的導線貼片，所述饋電點13位于最接近于所述輻射臂12的幾何中心點處的導線段上；圖4和圖5為天線導線貼片覆蓋面邊長為76mm，福射臂寬度為2mm，福射臂間距為2mm，介質基底為Taconic RF-35介質板，介質基底邊長取值86mm，介質基底厚度為5mm時，天線的實測駐波比圖和方向圖；其中圖5(a)為653MHz處phi=0°方向圖，圖5(b)為653MHz處phi=90°方向圖。
[0037]以上所述僅為本實用新型的優選實施例，并不用于限制本實用新型，顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1.一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，其特征在于，包括: 封閉式Hilbert分形天線，用于接收局部放電激發的特高頻電磁波信號； 信號調理模塊，用于實現特高頻放電信號濾波、放大、峰值保持及數據采集； 無線通訊模塊，用于將信號結果發射至接收主機； 電源模塊，用于信號調理模塊和無線通訊模塊供電； 所述封閉式Hilbert分形天線連接所述信號調理模塊;所述信號調理模塊連接所述無線通訊模塊;所述電源模塊連接信號調理模塊和無線通訊模塊。2.根據權利要求1所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述封閉式Hilbert分形天線包括導線貼片、介質基底、接地層和饋電探針;所述導線貼片敷設在介質基底的上表面;所述接地層敷設在介質基底的下表面;所述導線貼片通過饋電探針饋電。3.根據權利要求2所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述導線貼片包括首尾相連而成的封閉式輻射臂，所述輻射臂根據三階Hilbert分形曲線進行設置;所述輻射臂的寬度為2mm;所述輻射臂的間距為2mm;所述輻射臂設置有饋電點，所述饋電點位置設置在最接近于所述輻射臂的幾何中心點處的導線段上。4.根據權利要求2所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述導線貼片在介質基底上的覆蓋面為矩形面。5.根據權利要求2所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述導線貼片在介質基底上的覆蓋面的邊長為76mm;所述介質基底為Taconic RF-35介質板，其介電常數為3.5;所述介質基底的厚度5mm，所述介質基底邊長為86mm。6.根據權利要求1所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述信號調理模塊包括放大濾波單元、峰值保持單元和數據采集單元;放大濾波單元將封閉式Hilbert分形天線送來的信號進行放大濾波，送至峰值保持單元通過包絡檢波方式獲得放電信號的峰值電壓，再送至數據采集單元，采集完成后的數據發送給無線通訊模塊。7.根據權利要求6所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述放大濾波單元由帶通濾波器及低噪聲放大器組成;所述帶通濾波器具備濾除手機干擾信號功能。8.根據權利要求1所述一種用于電氣設備局部放電檢測的智能特高頻傳感器，其特征在于，所述無線通訊模塊采用WIFI無線發射模塊。
【文檔編號】G01R31/12GK205450185SQ201620135858
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年2月24日
【發明人】王鵬, 李唐兵, 劉明軍, 劉玉婷
【申請人】國網江西省電力科學研究院, 國家電網公司