CN102759689A - 一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，包括4个并联的具有不同量程的线性测量通道，另还并联有一个对数测量通道，各通道中包含A/D。测量方法：S1 信号经过放大滤波后，送至4个具有不同量程的线性测量通道，A/D同时对这些信号进行采样和处理；S2 信号经放大滤波后还送至对数测量通道，用A/D对该信号进行采样和处理；S3 在步骤S2中，若采样数据至少连续3次超过预设触发电平，则在19毫秒后停止采样，保存触发前后20毫秒内不同量程的线性测量通道的采样数据，并从中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果。本发明可准确捕捉到局部放电超声波信号，还可避免噪声导致的误触发和错过较小信号问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，适应于100dB动态范围局部放电超声波信号的高精度测量。本发明还涉及采用所述装置的突发性/大动态范围超声波信号的测量方法。
背景技术
高压电气设备内部的局部放电会产生超声波信号,这可以通过安装在设备外壳上的多个超声波传感器实现局部放电超声波信号的检测，并可根据超声波信号传播到多个传感器的时间差（如图1的局部放电超声波信号的波形特征图所示），利用空间解析几何的方法计算出局部放电的发生部位,从而实现故障的定位。
由于局部放电故障的随机性，所产生的超声波信号通常具有突发性和强度的不确定性，传感器检测到的超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，输出电压信号通常会在0.1mV-10V间变化，即被测信号的动态范围可达100dB。
要保证超声波信号的测量精度，除选用高分辨率的A/D(模数采集器)外，还应根据被测信号的大小预先设定合适的测量量程。例如，在采用16Bit的A/D对信号进行采样时，10V量程的最小量化单位为10V/(216)=0.16mV，如果此时被测信号为1V，则量化误差仅为0.016%。但如果被测信号仅为1mV，则量化误差将高达16%，不能真实地反映出被测信号的波形特征。
对于局部放电所产生的超声波信号，由于具有突发性，通常无法根据信号的大小预先设定合适的测量量程。若选用较小的测量量程，虽然可提高信号量化的精度，但无法避免信号超出量程的问题；反之，若选用较大的测量量程，虽可保证被测信号不会因超量程而失真，但必然又会降低信号的量化精度，无法准确获得被测信号的波形。
此外，突发性信号的测量通常需采用触发方式启动或结束信号的采样。对于动态范围较大的超声波信号来说，因无法预知信号的大小，故传统的线性信号触发方式通常难以正确地设定合适的触发电平，如果触发电平过低，现场环境噪声将会导致采样的误触发动作而产生许多无效的数据，如果触发电平较高，则又很可能错过对较小信号的采样，丢失有效的测量信息。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题，就是提出一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置。
本发明所要解决的第二个技术问题，就是提出一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量方法。
本发明的装置和方法可选择合适的测量量程准确捕捉到局部放电超声波信号的波形特征，同时还可以避免现场环境噪声导致的采样误触发和错过对较小信号的采样问题，有利于提高局部放电故障的定位精度。
解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，包括依次连接的超声波传感器、前置放大滤波处理模块、测量通道和后续处理电路，所述的测量通道为至少2个并联的具有不同量程的线性测量通道，测量通道中包含A/D模数转换器，其特征是：所述的测量通道还并联有一个从不同量程的线性测量通道中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果的对数测量通道，对数测量通道中包含A/D模数转换器。
所述的线性测量通道为4个，量程分别为0－0.01V、0－0.1V、0－1V和0－10V；所述的A/D模数转换器的分辨率为16Bit，所述的对数测量通道的量程为0－10V。
解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种采用上述装置的突发性/大动态范围超声波信号的测量方法，包括以下步骤：
S1 超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，分别送至至少2个具有不同量程的线性测量通道，用A/D模数转换器同时对这些信号进行采样和处理；
S2 超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，还送至对数测量通道，用A/D模数转换器对该信号进行采样和处理；
S3 在步骤S2 中，若采样数据至少连续3次（可设置）超过预先设定的对数触发电平，则在继续一段时间19毫秒（可设置）后停止采样，保存触发时刻前后一段时间20毫秒（可设置）内不同量程的线性测量通道的采样数据，并从中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果。
有益效果：
1、可在100dB动态范围内保证信号的采样精度，能够真实反映局部放电超声波信号的波形特征。例如，对于一个峰值仅为1mV的微小信号，将自动选用0－0.01V线性测量通道进行数据采样，由于16Bit分辨率的模数转换器的量化单位为0.01V/216=0.00016mV，故此时对信号的量化误差仅为0.016%，提高模数转换器的分辨率还可进一步提高测量精度。
2、可在100dB动态范围内设置信号的触发采样电平，并能有效抑制尖脉冲噪声所导致的误触发现象，提高对大动态范围、突发性局部放电超声波信号的捕捉能力。
附图说明
图1为本发明的突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置实施例的组成结示意图；
图2为本发明的突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置实施例的测量流程图；
图3为本发明的突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置实施例的触发流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的突发性/大动态范围超声波信号的精确测量装置实施例，包括依次连接的超声波传感器、前置放大滤波处理模块、测量通道和后续处理电路，测量通道为4个并联的具有不同量程的线性测量通道，量程分别为0－0.01V、0－0.1V、0－1V和0－10V；测量通道中包含A/D模数转换器，A/D模数转换器的分辨率为16Bit；测量通道还并联有一个从不同量程的线性测量通道中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果的对数测量通道，对数测量通道中也包含A/D模数转换器。
采用上述装置的突发性/大动态范围超声波信号的测量方法，包括以下步骤：
S1 超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，分别送至0－0.01V、0－0.1V、0－1V和0－10V四个具有不同量程的线性测量通道，用16Bit分辨率的A/D（模数转换器）同时对这些信号进行采样和处理；
S2 超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，送至0－10V对数测量通道，用16Bit分辨率的A/D（模数转换器）对该信号进行采样和处理，若采样数据连续多次（可设置）超过预先设定的对数触发电平，则在继续一段时间后将自动停止信号采样，保存触发时刻前后一段时间内4个线性测量通道的采样数据，并从中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果。由于对数化处理能够有效地压缩大信号、提升小信号，提高输出信号的动态测量范围，并可有效抑制尖脉冲噪声所导致的误触发现象，故可在100dB范围内方便地设置触发电平，并且具备抗尖脉冲噪声干扰的功能，可有效提高捕捉小信号时的采样可靠性。但由于经对数处理后的波形幅度会严重失真，故该方法仅适用于信号的触发，不能用于超声波信号波形的测量；
S3 在步骤S2 中，若采样数据至少连续3次（可设置）超过预先设定的对数触发电平，则在继续一段时间19毫秒（可设置）后停止采样，保存触发时刻前后一段时间20毫秒（可设置）内不同量程的线性测量通道的采样数据，并从中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果，也即选取幅度最高且没有超过量程的采样数据，即可在100dB动态范围内保证较高的信号量化精度。
例如，若被测信号的峰值在1-10V之间，则将选用0-10V测量通道的采样数据；若在0.1-1V之间，则会选用0-1V的采样数据；若在0.01-0.1V之间，则会选用0-0.1V的采样数据；若在0.001-0.01V之间，则会选用0-0.01V的采样数据，选用在不考虑噪声的理想情况下，上述信号的采样均可获得0.016%的量化精度，明显优于传统的固定量程测量方式。
Claims (3)
1. 一种突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，包括依次连接的超声波传感器、前置放大滤波处理模块、测量通道和后续处理电路，所述的测量通道为至少2个并联的具有不同量程的线性测量通道，测量通道中包含A/D模数转换器，其特征是：所述的测量通道还并联有一个从不同量程的线性测量通道中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果的对数测量通道，对数测量通道中包含A/D模数转换器。
2.根据权利要求1所述的突发性/大动态范围局放超声信号的测量装置，其特征是：所述的线性测量通道为4个，量程分别为0－0.01V、0－0.1V、0－1V和0－10V；所述的A/D模数转换器的分辨率为16Bit，所述的对数测量通道的量程为0－10V。
3.一种采用如权利要求1或2所述的装置的突发性/大动态范围超声波信号的测量方法，包括以下步骤：
S1 超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，分别送至至少2个具有不同量程的线性测量通道，用A/D模数转换器同时对这些信号进行采样和处理；
S2 超声波信号在经过前置放大及滤波处理后，还送至对数测量通道，用A/D模数转换器对该信号进行采样和处理；
S3 在步骤S2 中，若采样数据至少连续3次超过预先设定的对数触发电平，则在继续一段时间19毫秒后停止采样，保存触发时刻前后一段时间20毫秒内不同量程的线性测量通道的采样数据，并从中选取具有最高量化精度的采样数据为最终结果。
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