局部放电声信号采集电路的设计和实现.pdf

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1、设计开发局部放电声信号采集电路的设计和实现李庚午佃松宜(四川大学四川成都610065)摘要：声发射作为无损检测方法已经越来越多地在石油化工、电力工业和材料检测等领域得到应用。本文针对管道电缆巡检机器人研制项目中对管道内敷设电缆所产生的局部放电信号进行采集，提出研制机器人可携带的小型声发射检测装置。关键词：局部放电声发射放大滤波高速数据采集中图分类号：TH878文献标识码：A文章编号：1007—9416(20l4)07-0134·031局部放电现象以及声发射现象的研究放电的大小及位置的方法，称为声测法。当发生局部放电时，在放电

2、1．1研究背景区域中，分子间产生剧烈的撞击，并向四周传播。因此局放脉冲信号随着城市发展步伐的加快，城市用电需求也急剧增加。传统的将产生脉冲弹性波，经介质传播，被传感器所拾取，经一些列处理架空电缆输送电力的方式因其易受环境和周围建筑物的影响，发展后，分析处理后的波形，可以间接地测量局放信号。受到限制。取而代之的是利用架设更加方便的地下管道电缆的输电2微弱局放声信号检测系统的设计I图1J方式。与架空电缆一样，管道电缆也要进行定期检修。要求有专门的所有运放的供电电源是±5V。为了不使信号失真，本项目输入人员定期对管道电缆进行包括绝

3、缘性能，表面温度，腐蚀情况等多电压的范围为0～15mV，总体放大200倍，输出范围为0～3V。经差分项指标进行检查。放大后生成正反1．5V的波形叠加在2V共模输出端，所以差分输出1．2研究意义的范围为0．5V～3．5V。管道电缆的敷设过程繁杂，敷设好后更是难以修检，往往需要2．1声发射传感器选型人工定期到现场进行繁琐检测。局放声信号的检测系统内置于管道本项目中所采用的是由北京声发射公司设计研发的SR150N型电缆巡检机器人，机器人能够自动深入到工作人员无法到达的管道声发射传感器。它是单端谐振式传感器，主要组成部分是压电晶片，

4、深处，能将采集到的局放信号以有线或无线的方式传给监控终端，以单端接收模式工作，另一端自由。此外传感器组成部分还有保护实现在线监测。1．3局部放电简介1．3．1局部放电产生机理在聚乙烯电缆制作的过程中，混入的空气和杂质使得电缆比较容易发生局部放电。大体上讲，空气在电缆中将形成小气泡，在电场的作用下，气泡的周围将聚集电荷，等到电荷积累到一定程度时就会击穿，产生局部放电。杂质的混入使得电缆变得粗糙，产生诸如尖刺，纤维等部分，这些地方又极易积聚电荷，从而产生局部放电。1．3．2局部放电的检测现有的坡电检测方法主要有两种，一种是电测法

5、，一种是声测法。电测法义分为脉冲电流法和无线电干扰电压法，其基本测量结构类似。脉冲电流法主要利用局部放电频谱中的较低频段部分，一般为数kHz至数百kHz。它能够测出局部放电最大放电量q，平均电流I、平方率D、放电重复率以及放电功率P等多项特征参数，因图2仪用放大器原理图而的到了广泛的应用。通过测量局部放电产生的声波，来检测局部^DR420图1总信号链分析表1声发射传感器指标型号工作温度(℃)接收面接口三中心频率峰值灵敏度SR15ON-20～80陶瓷M5一KY22kHz～22OkHzl5OkHz>-65dB设计开发023．2．

6、2电源供电不足C2IMMSD414~分析：利用LT3431和外围器件共同产生±5V供电，其电路相对乙tBoost．22．．0U来讲要复杂的多，一方面可能是外围器件影响，譬如器件的误差，以U10’10uRloadSW-·及电感的电磁效应。另一方面可能是芯片本身存在的问题。(图l2)0oB0姆010003．2．3AD8138．~作不正常分析：图13为AD8138的原理图，若将其比作三个杠杆，那么电R3LT343~154“‘隅阻代表臂长，三个支点分别为两个输入端和参考电压端。为了保持。∞平衡，两个输出端的电势必须和参考电源相同，而

7、根据杠杆原理，输入端的电压应该为输出端的一半。在外接电阻都正确和各项偏置都正确的情况下，若有问题，很可能就是芯片本身的问题。(图14)tran’ms协^“p伯p22r47．3．2_4放大倍数不正确分析：分开分析整个信号链，可以发现，AD8253的输出只放大图12LT3431仿真原理图了50倍左右。其输出波形闪烁不定，虽然示波器上的幅值显示为1．13V，但滤波输出的波形只有536mV。在最开始测试时，输出波形能499O够达到约800mV，因为没有及时采集，无法形成对比。可能是其他模块对其进行的影响，也可能是芯片本身的问题。3．

8、3调试经验硬件调试是一个非常复杂但却非常重要的环节，更多地时候是凭借着经验进行判断，再进行验证。焊接顺序，复杂的板子应当先划分模块，然后一块一块焊接，一块一块验证，这样虽然慢些，但是对于发现问题所在有很大的帮助。每焊接一部分，要仔细检查各器件的连接，是否有虚焊，是否有短路。特别要注意电源和