CN106093730A - 智能局放超声波传感器及其工作方法 - Google Patents

智能局放超声波传感器及其工作方法 Download PDF

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Abstract

智能局放超声波传感器及其工作方法，涉及一种超声波传感器及其工作方法。目前，带电检测局放校验仪配套超声波传感器，现场抗干扰能力弱，现场布线不方便。本发明包括：超声信号感应模块；线缆取电模块；增益校准模块；增益解调模块；增益控制模块；信道自动选择模块；状态显示模块。本技术方案中，无需独立的电缆，实现了一根同轴电缆传输信号和电源供电，无需设蓄电池，使用方便，现场布线方便，并且后台可以对智能局放超声波传感器的增益可程控，在有馈电的情况下，智能局放超声波传感器在源端就对局放超声波信号进行了滤波和放大，提高现场的抗干扰能力和灵敏度。

Description

智能局放超声波传感器及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种超声波传感器及其工作方法，尤其指智能局放超声波传感器及其工作方法。
背景技术
目前，带电检测局放校验仪配套超声波传感器分无源和有源两大类，无源超声波传感器核心为压电晶片，压电晶片可把超声机械波转换为对应的电压信号输出。无源超声波传感器只是原始的把机械波转换为电信号，无任何滤波放大功能，现场抗干扰能力弱。有超声波源传感器分两种：一：采用自带锂电池供电，使用前需保证传感器内锂电池有电，使用不便。二：采用电源适配器供电，现场测试时需单独拉一根电源线，现场布线不方便。并且有源传感器必须要有电源，否则无法工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供智能局放超声波传感器及其工作方法，以达到使用方便，降低成本的目的。为此，本发明采取以下技术方案。
智能局放超声波传感器，包括：超声信号感应模块，用于将超声机械波转换为电压信号；
线缆取电模块，通过取电电感从和主机的连接的同轴电缆取电；
增益校准模块，用于在所述传感器与后台主机相连时，根据采集到的后台主机循环输出的最高增益电压和最小增益电压去校准增益；
增益解调模块，用于实时采集主机同轴电缆的馈电电压，根据电压值计算出对应增益；
增益控制模块，根据增益解调模块解调出来的增益去控制超声放大器放大倍数；
信道自动选择模块，根据主机是否有馈电自动选择信号传输路径；当无馈电时超声信号时，超声信号感应模块的输出直接输给后台主机；当馈电电压时超声信号感应模块的输出经过滤和放大后再输给后台主机；
状态显示模块，用于显示是否有馈电，有馈电时传感器的实际工作增益。
本技术方案中，无需独立的电缆，实现了一根同轴电缆传输信号和电源供电，无需设蓄电池，使用方便，现场布线方便。并且后台可以对智能局放超声波传感器的增益可程控。在有馈电的情况下，智能局放超声波传感器在源端就对局放超声波信号进行了滤波和放大，提高现场的抗干扰能力和灵敏度。
作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征。
所述的信道自动选择模块包括第一信道自动选择模块、第二信道自动选择模块，所述的超声信号感应模块输出端通过第一信道自动选择模块、滤波模块、放大模块、第二信道自动选择模块与超声波信号输出接口相连；或超声信号感应模块输出端通过第一信道自动选择模块和线缆与第二信道自动选择模块相连。
所述的线缆取电模块设于超声波信号输出接口端；线缆取电模块输出端直接与增益解调模块相连，或通过增益校准模块相连，增益校准模块输出端与增益控制模块输入端相连，所述的增益控制模块输出端与放大模块相连以控制增益。
所述的超声信号感应模块包括压电晶片，通过压电晶片将超声机械波转换为电压信号。
所述的增益校准模块、增益解调模块、增益控制模块设于一单片机。
所述的信道自动选择模块包括继电器，通过继电器的通断电实现传输路径的切换。
所述的状态显示模块包括LED显示器。
智能局放超声波传感器的工作方法，其特征在于包括以下步骤：
1)主机检测与智能局放超声波传感器的连接状态，在智能局放超声波传感器和主机连接一瞬间，电流发生变化，后台主机通过检测智能局放超声波传感器消耗的电流检测判断传感器已连接；
2)当后台主机检测到智能局放超声波传感器已连上时，则循环在同轴电缆上输出最大增益电压和最小增益电压，持续输出多次，发完增益电压和最小增益电压，后台主机持续输出要设置增益电压；
3)智能局放超声波传感器上电后，单片机控制继电器断开超声信号感应模块的输出，线缆取电模块取电，记录AD采集同轴电缆的馈电电压，采集持续时间超过后台主机持续发送增益电压和最小增益电压的时间；
4)单片机的增益校准模块根据记录的馈电电压，找到前段采集到的电压最大值和最小值，并将其作为最大增益和最小增益对应的电压值，并将结果输入到增益解调模块；
5)单片机的增益校准模块根据记录的馈电电压，计算后段采集到的电压平均值，将其输入到增益解调模块；
6)增益解调模块根据电压最大值、最小值，平均值算出后台主机想要配置的前置增益；
7)增益控制模块根据增益解调模块解调出来的增益去配置超声波放大器，配置对应的增益；
8)如果增益改变，则后台主动将馈电撤除并再重新馈电，整个***从步骤1）开始执行；
9)如果后台主机无法馈电，则智能局放超声波传感器的信道自动选择模块将压电晶片输出直接和智能传感器输出相连，此时智能传感器以无源传感器模式工作。
在步骤3)中，单片机通过控制继电器断开压电晶片的输出来断开超声信号感应模块的输出。
在步骤2）中，后台主机循环输出最大增益电压和最小增益电压，持续输出8次，每次持续时间100ms；在步骤3）中，采集持续时间为1000ms；在步骤4）中，增益校准模块取前800ms采集到的电压最大值和最小值；在步骤5）中，增益校准模块计算后200ms采集到的电压平均值。
有益效果：本技术方案在实现了智能局放超声波传感器，无需独立的电缆，实现了一根同轴电缆传输信号和电源供电，并且后台可以对智能局放超声波传感器的增益可程控。在有馈电的情况下，智能局放超声波传感器在源端就对局放超声波信号进行了滤和和放大了，大大提高了信号的抗干扰性。在后台无法馈电的情况下，智能局放超声波传感器以旁路滤波器和放大器，以无源模式工作。
附图说明
图1是本发明结构原理图。
图2是本发明工作流程图。
图中：1-超声信号感应模块；2- 超声波信号输出接口；3-信道自动选择模块；4-滤波模块；5-放大模块。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明包括：
超声信号感应模块1，用于将超声机械波转换为电压信号；
线缆取电模块，通过取电电感从和主机的连接的同轴电缆取电；
增益校准模块，用于在所述传感器与后台主机相连时，根据采集到的后台主机循环输出的最高增益电压和最小增益电压去校准增益；
增益解调模块，用于实时采集主机同轴电缆的馈电电压，根据电压值计算出对应增益；
增益控制模块，根据增益解调模块解调出来的增益去控制超声放大器放大倍数；
信道自动选择模块3，根据主机是否有馈电自动选择信号传输路径；当无馈电时超声信号时，超声信号感应模块1的输出直接输给后台主机；当馈电电压时超声信号感应模块1的输出经过滤和放大后再输给后台主机；
状态显示模块，用于显示是否有馈电，有馈电时传感器的实际工作增益。
超声信号感应模块1负责把超声机械波转换为电压信号，线缆取电模块通过取电电感从和主机的连接的同轴电缆取电。后台主机一旦检测到有智能局放超声波传感器连接，则会循环输出最大增益电压和最小增益电压。增益校准模块根据采集到的最高增益电压和最小增益电压去校准增益。增益解调模块实时采集主机同轴电缆的馈电电压，根据电压值计算出对应增益。增益控制模块根据增益解调模块解调出来的增益去控制超声放大器放大倍数，信道自动选择模块3根据主机是否有馈电自动选择信号传输路径，无馈电时超声信号感应模块1的输出直接输给后台主机，有馈电电压时超声信号感应模块1的输出经过滤和的放大后再输给后台主机。状态显示模块实时用LED显示是否有馈电，有馈电时传感器的实际工作增益。
其中，所述的信道自动选择模块3包括第一信道自动选择模块3、第二信道自动选择模块3，所述的超声信号感应模块1输出端通过第一信道自动选择模块3、滤波模块4、放大模块5、第二信道自动选择模块3与超声波信号输出接口2相连；或超声信号感应模块1输出端通过第一信道自动选择模块3和线缆与第二信道自动选择模块3相连。
所述的线缆取电模块设于超声波信号输出接口2端；线缆取电模块输出端直接与增益解调模块相连，或通过增益校准模块相连，增益校准模块输出端与增益控制模块输入端相连，所述的增益控制模块输出端与放大模块5相连以控制增益。
在本技术方案中，超声信号感应模块1包括压电晶片，通过压电晶片将超声机械波转换为电压信号。
为方便控制，降低成本，所述的增益校准模块、增益解调模块、增益控制模块设于一单片机。
为实现信道的可靠控制，所述的信道自动选择模块3包括继电器，通过继电器的通断电实现传输路径的切换。
为方便工作状态的查询，所述的状态显示模块包括LED显示器。
如图2所示，智能局放超声波传感器工作方法，包括以下步骤：
1)刚和后台主机连接一瞬间，后台主机通过检测智能局放超声波传感器消耗的电流检测到传感器已连接；
2)后台主机检测到智能局放超声波传感器刚连上，则循环在同轴电缆上输出最大增益电压和最小增益电压，持续输出8次，每次持续时间100ms，发完增益电压和最小增益电压，后台主机持续输出要设置增益电压；
3)智能局放超声波传感器上电后，单片机控制继电器将输入和输出断开，并马上启动AD采集同轴电缆的馈电电压并记录，采集持续时间1000ms；
4)智能局放超声波传感器上的单片机找到前800ms采集到的电压最大值和最小值，并将其作为最大增益和最小增益对应的电压值；并将结果输入到增益解调模块；
5)智能局放超声波传感器上的单片机算出后200ms采集到的电压平均值，将其输入到增益解调模块；
6)智能局放超声波传感器增益解调模块根据电压最大值、最小值，平均值算出后台主机想要配置的前置增益；
7)智能局放超声波传感器增益控制模块根据增益解调模块解调出来的增益去配置超声波放大器，配置对应的增益；
8)如果增益改变，则后台将馈电撤除再重新馈电，整个***从1）开始执行；
9)如果是后台主机无法馈电，则智能局放超声波传感器的信道自动选择模块3将压电晶片输出直接和智能传感器输出相连，此时智能传感器以无源传感器模式工作。
以上图1、2所示的智能局放超声波传感器及其工作方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (10)

1.智能局放超声波传感器，其特征在于包括：
超声信号感应模块（1），用于将超声机械波转换为电压信号；
线缆取电模块，通过取电电感从和主机的连接的同轴电缆取电；
增益校准模块，用于在所述传感器与后台主机相连时，根据采集到的后台主机循环输出的最高增益电压和最小增益电压去校准增益；
增益解调模块，用于实时采集主机同轴电缆的馈电电压，根据电压值计算出对应增益；
增益控制模块，根据增益解调模块解调出来的增益去控制超声放大器放大倍数；
信道自动选择模块（3），根据主机是否有馈电自动选择信号传输路径；当无馈电时超声信号时，超声信号感应模块（1）的输出直接输给后台主机；当馈电电压时超声信号感应模块（1）的输出经过滤和放大后再输给后台主机；
状态显示模块，用于显示是否有馈电，有馈电时传感器的实际工作增益。
2.根据权利要求1所述的智能局放超声波传感器，其特征在于：所述的信道自动选择模块（3）包括第一信道自动选择模块（3）、第二信道自动选择模块（3），所述的超声信号感应模块（1）输出端通过第一信道自动选择模块（3）、滤波模块（4）、放大模块（5）、第二信道自动选择模块（3）与超声波信号输出接口（2）相连；或超声信号感应模块（1）输出端通过第一信道自动选择模块（3）和线缆与第二信道自动选择模块（3）相连。
3.根据权利要求2所述的智能局放超声波传感器，其特征在于：所述的线缆取电模块设于超声波信号输出接口（2）端；线缆取电模块输出端直接与增益解调模块相连，或通过增益校准模块相连，增益校准模块输出端与增益控制模块输入端相连，所述的增益控制模块输出端与放大模块（5）相连以控制增益。
4.根据权利要求1所述的智能局放超声波传感器，其特征在于：所述的超声信号感应模块（1）包括压电晶片，通过压电晶片将超声机械波转换为电压信号。
5.根据权利要求1所述的智能局放超声波传感器，其特征在于：所述的增益校准模块、增益解调模块、增益控制模块设于一单片机。
6.根据权利要求1所述的智能局放超声波传感器，其特征在于：所述的信道自动选择模块（3）包括继电器，通过继电器的通断电实现传输路径的切换。
7.根据权利要求1所述的智能局放超声波传感器，其特征在于：所述的状态显示模块包括LED显示器。
8.采用权利要求1-7任一项所述的智能局放超声波传感器的工作方法，其特征在于包括以下步骤：
1）主机检测与智能局放超声波传感器的连接状态，在智能局放超声波传感器和主机连接一瞬间，电流发生变化，后台主机通过检测智能局放超声波传感器消耗的电流检测判断传感器已连接；
2）当后台主机检测到智能局放超声波传感器已连上时，则循环在同轴电缆上输出最大增益电压和最小增益电压，持续输出多次，发完增益电压和最小增益电压，后台主机持续输出要设置增益电压；
3）智能局放超声波传感器上电后，单片机控制继电器断开超声信号感应模块（1）的输出，线缆取电模块取电，记录AD采集同轴电缆的馈电电压，采集持续时间超过后台主机持续发送增益电压和最小增益电压的时间；
4）单片机的增益校准模块根据记录的馈电电压，找到前段采集到的电压最大值和最小值，并将其作为最大增益和最小增益对应的电压值，并将结果输入到增益解调模块；
5）单片机的增益校准模块根据记录的馈电电压，计算后段采集到的电压平均值，将其输入到增益解调模块；
6）增益解调模块根据电压最大值、最小值，平均值算出后台主机想要配置的前置增益；
7）增益控制模块根据增益解调模块解调出来的增益去配置超声波放大器，配置对应的增益；
8）如果增益改变，则后台主动将馈电撤除并再重新馈电，整个***从步骤1）开始执行；
9）如果后台主机无法馈电，则智能局放超声波传感器的信道自动选择模块（3）将压电晶片输出直接和智能传感器输出相连，此时智能传感器以无源传感器模式工作。
9.根据权利要求8所述的智能局放超声波传感器的工作方法，其特征在于：在步骤3)中，单片机通过控制继电器断开压电晶片的输出来断开超声信号感应模块（1）的输出。
10.根据权利要求8所述的智能局放超声波传感器的工作方法，其特征在于：在步骤2）中，后台主机循环输出最大增益电压和最小增益电压，持续输出8次，每次持续时间100ms；在步骤3）中，采集持续时间为1000ms；在步骤4）中，增益校准模块取前800ms采集到的电压最大值和最小值；在步骤5）中，增益校准模块计算后200ms采集到的电压平均值。
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