接触式超声局放仪测评平台优化方案

5.3.4.1平台简介

接触式超声局放仪测评平台综合运用了计算机技术、模拟电子技术等处理技术，为接触式超声局放仪的考核校验工作提供校验平台。该平台所具有的良好试验装置能有效防止空间声波信号的干扰；其优秀的超声波换能器能满足多种标准波形的输出要求；信号源可输出不同频率、不同幅值的标准信号用于考核校验，具备对超声波局放仪的传感器灵敏度、检测频带、线性度、稳定性等性能进行测评。

该平台主要包括信号激励源、AE测试区、标准传感器和信号放大器四部分，其系统框图如图5-49所示。

信号激励源是整个考核校验平台的重要组成部分，分为正弦信号源和脉冲信号源两个独立功能模块，针对不同的考核项目提供不同的

图5-49 接触式超声局放仪测评平台系统框图

检验信号。正弦信号源输出频率范围为0.1Hz～10MHz，幅值范围为0～10V。脉冲信号源能输出脉冲宽度大于1μs，幅值0～10V的脉冲信号。

AE测试区是整个平台的核心组成部分，提供外部信号输入接口。该测试区域由超声波换能器、信号调理电路和信号输入接口组成。超声波换能器用于将电信号转换为声信号。信号调理电路内置功率转换和信号调理功能，用于调制信号回路的功率及谐振频率的匹配，使输入电功率最高效地转化为机械振动信号（超声波）。

标准传感器用于同步检测超声波局放仪考核校验平台所发出的超声波信号的频率及幅值，为被测传感器及主机提供参考依据。本平台采用美国PAC公司生产的高精度超声波传感器作为标准参考传感器，分别对应用于检测SF₆气体绝缘电力设备和充油电力设备的局放仪和传感器进行校验。

信号放大器内置电池供电电路和信号放大电路，电池供电电路用于为标准传感器和被测传感器等有源检测系统供电，使其正常工作；放大电路分1倍档和10倍档，用于将传输的信号无损放大后送入示波器中进行运算分析。

5.3.4.2测评指标

该平台可对局放仪进行灵敏度、检测频带、线性度误差和稳定性等方面的测评。

1.灵敏度

调节脉冲信号源输出一组脉冲宽度不小于1_μs、幅值不小于5V、上升沿150ns的脉冲信号作灵敏度试验。测得被测传感器和标准测量系统的频率响应U（f）、S（f）。计算被测仪器的灵敏度D（f）：

式中，S₀（f）为标准传感器的标定灵敏度。

2.检测频带

使用正弦信号源输出一个幅值、频率可调的正弦波信号，信号幅值0～10V，频率0～10MHz，该信号幅值以不让被测系统超量程为最佳。找出被测仪器灵敏度D（f）的归一化值降到0.501时的频率点（-6dB点），此点即为超声局放仪的截止频率。(www.xing528.com)

3.线性度误差

使信号激励源输出频率为固定值f的正弦信号。其中，用于SF₆气体绝缘电力设备的超声局放仪，f取20～80kHz范围内的某一频率值；用于充油电力设备的超声局放仪，f取80～200kHz范围内的某一频率值。测试频率宜选择被测仪器的主谐振频率。调节信号源幅值，使超声局放仪输出值大于或等于80dB，记录下标准测量系统的输出峰值电压U和超声局放仪输出值A。依次降低信号源幅值，使标准测量系统输出电压峰值为λU（λ=0.8、0.6、0.4、0.2），记录超声局放仪输出响应值A_λ。计算各测量点的线性度误差，计算公式如下：

4.稳定性

将超声局放仪开机连续工作1h，注入恒定幅值的脉冲信号，按脉冲信号灵敏度试验中的要求，记下其刚开机和连续工作1h后的检测信号幅值。比较前后数据差别。

5.3.4.3测评案例

以超声传感器的检测频带为例，应用接触式超声波局放仪测评平台进行测评实验，测评示意图如图5-50所示。将声发射卡装入主机，产生的激励信号送入放大器，通过电缆连接到超声换能器，将超声换能器和被测传感器用硅脂粘紧，被测传感器连接示波器观察检测信号波形，读取相关参数。声发射卡实物图如图5-51所示。

图5-50 接触式超声波局放仪测评示意图

图5-51 声发射卡实物图

通过主机软件设置参数，声发射卡可以产生调幅波、调频波、声发射波以及任意波形。其产生波形的幅度范围为-150～150V，触发模式有内部触发、外部触发、一次触发和连续触发四种。典型的波形如图5-52所示。

图5-52 声发射卡产生的典型波形图

设置主机软件，使其产生一定幅度和一定频率的正弦信号，通过示波器观察被测传感器所接收的信号，读取其幅度值。依次调整信号的频率，记录示波器的观察值。根据所测数据，绘制被测传感器的幅度频谱曲线，如图5-53所示。可知该被测传感器的频带范围为60～120kHz。

图5-53 被测传感器幅频特性曲线图