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超声波传感器的原理
点击次数:1381 发布时间:2017-12-15

局部放电只能形成十分微弱的声信号,其能量基本上都在μJ级,为此必须对其进行放大后在传播,于是为了方便,就需要利用传感器将其转换为电信号。具体来说,这种传感器是具有相当的压电效应的,它的主要构成是压电晶体或者压电陶瓷,具体的架构见下图。压电效应的作用原理如下:对材料施加一定的压力,材料就会出现一定的电位差;如果施加的是电压,那么就会产生机械应力。

 

高频振动的压力所产生的就是高频电流,反之,如果加在压电陶瓷之上的是高频电信号,那么就会产生高频的机械振动,也就是声信号,也就是说利用此效应能够把超声波转变为电流,进而实现声电的转换过程。

 

超声波接收探头结构示意图

 

对压电传感器来说,同时使用转换系数G表示它所具有的转换能力,如下:

 

G=U/pt

 

其中,U代表的是电压(U);P代表的是压力(bar);t代表的是压电体厚度(m)。

 

在测量局部放电的过程中,在选择压电传感器时,要使其转换系数G尽可能的大,通常会选择大于1m/μbar的,此外,也要保证其带宽为MHz级。

 

在对超声波完成声电转换之后,在示波器上所显示的就是一个包络信号,该信号是经过AM进行调制的,再对其进行处理时使用的是检波器,利用此结果判断是否发生了局部放电现象,流程和基本单元如下图:

 

超声波检测原理单元图

 

在局部放电的过程中,超声波在从放电源传播到检测点的过程会有一定的衰减和吸收,并且由于介质的不同,在接触面还存在发射的消耗,所以,在实际检测过程中,探头所能接收到的超声波信号是十分的微弱的。所以,信号需要经过探头中的前置放大电路进行放大,之后才会利用检波器对其进行处理,接着通过示波器等具有显示功能的设备显示出这些脉冲,判断是否发生了局部放电,以此为基础对其放电类型进行判断。对检测电路来说,基本的要求就的灵敏度足够的高,动态范围足够的大,为此,在选择前置的放大器时,主要使用噪声足够低,增益足够高的,并且还要保证失真幅度极小,动态范围极大的要求,而使用的检波器就是对数放大器。整个传感器主要由超声波接收探头,前置放大电路和供电电路,以及对数检波器共同组成,见图,这里的供电电路不仅需要保证传感器所具有的检波器和放大器具有的电压足够的稳定,还需要满足各个芯片对电压的要求。

 

局放检测超声波传感器主要结构

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