專利名稱：外貼式復(fù)合寬帶換能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于多參數(shù)監(jiān)測電力變壓器(包括220KV、500KV、750KV及GIS系統(tǒng))災(zāi)害性局部放電故障診斷的復(fù)合材料寬帶超聲換能器。屬于聲發(fā)射無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。
傳統(tǒng)電力變壓器局放故障檢測有二種方式(1)2002年法國西門子采用振式換能器，但推行探頭伸進(jìn)變壓器內(nèi)檢測；(2)多數(shù)研制檢測者還沿用鋼箱體外側(cè)檢測。以上二者換能器均仍采用實(shí)心諧振式PZT晶堆。
三、技術(shù)內(nèi)容1、技術(shù)問題本發(fā)明的目的就是提供一種高靈敏度、低Q值、短余響的外貼式復(fù)合寬帶換能器。
2、技術(shù)方案一種外貼式復(fù)合寬帶換能器，由壓電晶堆、外殼等所組成，其特征在于屏蔽殼蓋在基座上組成一個全封閉的整體，在基座的中央設(shè)有一通孔，在通孔的最下面設(shè)有透聲層，在透聲層的上面固定有鋁合金匹配塊，鋁合金匹配塊的周邊與基座中的通孔底邊相連接，在鋁合金匹配塊的上面設(shè)有壓電晶堆，在壓電晶堆上設(shè)有吸聲塊，前置放大器的兩個輸入端與壓電晶堆的正、負(fù)電極相連，前置放大器的兩個輸出端與插座相連接，插座接地極與屏蔽殼獨(dú)立連接，在基座的底部還嵌入有磁盤。壓電晶堆3由PZT與高分子聚合物二相復(fù)合而成，壓電堆前端設(shè)置透聲層，該透聲層的厚度為0.8mm，由軟度為40度以下的硅橡膠制成，該透聲層的最下面凸出基座的底平面0.3mm～0.8mm，鋁合金匹配塊的聲阻抗率平方近似等于鋼板聲阻抗率與壓電晶堆聲阻抗率的乘積，鋁合金匹配塊的厚度近似等于壓電晶堆諧振頻率的四分之一波長尺寸，鋁合金匹配塊用硅橡膠硫化固定在基座中的通孔上。吸聲塊由鎢粉和環(huán)氧樹脂復(fù)合成，吸聲塊的高度與直徑相等。屏蔽殼與基座組成圓柱形的屏蔽外殼，其總體的高度是直徑的1/2～1/3，輸出插座設(shè)置在屏蔽殼的側(cè)面。在基座底部的磁盤由多個組成均勻分布于同一圓周上，其磁盤的兩個磁極(即S、N極)為相鄰互為反向設(shè)置。
3、技術(shù)效果外貼式復(fù)合寬帶換能器較傳統(tǒng)PZT實(shí)心換能器，其工作效率高一倍、靈敏度高一倍、通頻帶展寬若干倍。該項(xiàng)技術(shù)表明超聲時間波形徒峭，余響縮短，從而在時域上可以區(qū)分多個局放超聲波特征輪廊。為區(qū)分災(zāi)害性局放在時域上故障信息創(chuàng)造了前提。
本發(fā)明復(fù)合寬帶換能器的特點(diǎn)是第一、聲耦合采用軟度50度的硅橡膠(厚1mm，凸出基座面0.5mm)替代硬油耦合，使用戶操作簡便，每次監(jiān)測條件相近，可比較；第二、改善了從箱殼鋼板至壓電晶堆的聲配匹條件，即加鋁合金匹配塊，以保證靈敏度高一倍(復(fù)合后接收靈敏度為-196dB，odb＝1v/μPa)且頻帶寬度增一倍以上，復(fù)合后通帶更寬，即Q值比實(shí)心PZT壓電晶體減小許多倍；第三、體積小、重量輕、用了8塊10mm鎳鈷磁塊、磁性吸盤力大，軟硅橡膠足夠變形，填平粗糙面，保證箱殼鋼板與復(fù)合寬帶換能器之間的空氣間隙最小，提高聲傳輸效率；第四、1-3連結(jié)復(fù)合縱波壓電晶堆以PZT小柱周期(或非周期)排列骨架，注入環(huán)氧，滿足8.9-10×106PaS/m的聲阻抗率；d33為345X10-12C/N；機(jī)械Q值為10；橫向機(jī)電耦合系數(shù)KP＜15％；第五、換能器壓電晶堆直徑22mm，其諧振頻率為500kHz，作接收傳感器時在100kHZ至300kHZ構(gòu)成平坦區(qū)，此區(qū)為寬帶模式接收工作范圍，靈敏度比諧振點(diǎn)僅低6dB。第六、環(huán)氧鎢粉吸聲塊滿足鎢粉(200目)與環(huán)氧的體積比為30％，聲阻抗為9.0·106Pa·S/m，塊高度與直徑相等，使聲學(xué)換能器形成一維單向接收，波形單純。
五、具體實(shí)施方案本發(fā)明外貼式復(fù)合寬帶換能器中壓電晶堆3由PZT與聚合物兩相1-3連結(jié)復(fù)合而成(聲阻抗率約為8.9-11·106Pa·S/m)；壓電晶堆諧振點(diǎn)500kHz，而工作頻段在低離諧振點(diǎn)100-300kHz；壓電晶堆正、負(fù)電極懸浮送至前放11；透聲層1由硅橡膠硫化到鋁合金匹配塊上，厚度0.8mm(凸出基座底面0.3mm)；鋁合金匹配塊厚度為6.3mm；吸聲塊4由鎢粉和環(huán)氧樹脂復(fù)合而成，聲阻抗約9·106PaS/m，該塊體高度與直徑相等；基座15與屏蔽殼10由輕質(zhì)鋁合金組成。鎳鈷磁盤5由直徑10mm、厚4mm共8個環(huán)均布在基座外環(huán)圓周上，N-S極相鄰互為反向設(shè)置，與變壓器鋼板構(gòu)成很強(qiáng)吸力，透聲層的硅橡膠有40度軟度，凸出基座底面0.3mm，對鋼板表現(xiàn)略有高低缺陷起到補(bǔ)充填實(shí)作用，把空氣趕光，保證無固體油耦濟(jì)合條件下仍然有高的聲傳輸通路，換能器在透聲橡膠后設(shè)有鋁合金匹配塊，匹配塊緊貼復(fù)合晶堆，晶堆后置吸聲塊，構(gòu)成壓電晶堆至變壓器鋼板三者之間的聲學(xué)傳輸最佳匹配條件。壓電晶堆獲得的壓電信號由低噪聲前置放大器放大100倍，兼濾波通頻帶100kHz-300kHz，由屏蔽電纜引至插座，屏蔽殼與基座組成圓柱形的屏蔽外殼，其總體的高度是直徑的1/2～1/3，插座獨(dú)立接地，輸出插座設(shè)置在屏蔽殼的側(cè)面。
權(quán)利要求
1.一種外貼式復(fù)合寬帶換能器，由壓電晶堆、外殼等所組成，其特征在于屏蔽殼(10)蓋在基座(15)上組成一個全封閉的整體，在基座(15)的中央設(shè)有一通孔(151)，在通孔(151)的最下面設(shè)有透聲層(1)，在透聲層(1)的上面固定有鋁合金匹配塊(2)，鋁合金匹配塊(2)的周邊與基座(15)中的通孔(151)底邊相連接，在鋁合金匹配塊(2)的上面設(shè)有壓電晶堆(3)，在壓電晶堆(3)上設(shè)有吸聲塊(4)，前置放大器(11)的兩個輸入端(13、14)與壓電晶堆(3)的正、負(fù)電極相連，正、負(fù)電極與地懸浮，前置放大器(11)的兩個輸出端(6、7)與插座(9)相連接，在基座(15)的底部還嵌入有磁盤(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外貼式復(fù)合寬帶換能器，其特征在于壓電晶堆(3)由PZT與高分子聚合物二相復(fù)合而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外貼式復(fù)合寬帶換能器，其特征在于透聲層(1)的厚度為0.8mm-2mm，由軟度為40度以下的硅橡膠制成，該透聲層(1)的最下面凸出基座(15)的底平面外0.3mm-0.8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外貼式復(fù)合寬帶換能器，其特征在于鋁合金匹配塊(2)的聲阻抗率平方近似等于鋼板聲阻抗率與壓電晶堆(3)聲阻抗率的乘積，鋁合金匹配塊(2)的厚度近似等于壓電晶堆(3)諧振頻率的四分之一波長，鋁合金匹配塊(2)用橡膠硫化固定在基座(15)中的通孔(151)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外貼式復(fù)合寬帶換能器，其特征在于吸聲塊(4)由鎢粉和環(huán)氧樹脂復(fù)合成，吸聲塊(4)的高度與直徑相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外貼式復(fù)合寬帶換能器，其特征在于屏蔽殼(1)與基座(15)組成圓柱形的屏蔽外殼，其總體的高度是直徑的1/2～1/3，輸出插座(9)設(shè)置在屏蔽殼(1)的側(cè)面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外貼式復(fù)合寬帶換能器，其特征在于在基座(15)底部的磁盤(5)由多個組成均勻分布于同一圓周上，其磁盤(5)的兩個磁極為相鄰互為反向設(shè)置。
全文摘要
外貼式復(fù)合寬帶換能器是一種用于多參數(shù)監(jiān)測電力變壓器(包括220KV、500KV、750KV及GIS系統(tǒng))災(zāi)害性局部放電故障診斷的復(fù)合材料寬帶超聲換能器，屬于聲發(fā)射無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。屏蔽殼10蓋在基座15上組成一個全封閉的整體，在基座15的中央設(shè)有一通孔151，在通孔151的最下面設(shè)有透聲層1，在透聲層1的上面固定有鋁合金匹配塊2，鋁合金匹配塊2的周邊與基座15中的通孔151底邊相連接，在鋁合金匹配塊2的上面設(shè)有壓電晶堆3，在壓電晶堆3上設(shè)有吸聲塊4，前置放大器11的兩個輸入端13、14與壓電晶堆3的正、負(fù)電極相連，前置放大器11的兩個輸出端6、7與插座9相連接，在基座15的底部還嵌入有磁盤5。
文檔編號G01N29/28GK1425916SQ0311264
公開日2003年6月25日 申請日期2003年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月10日
發(fā)明者袁易全 申請人:東南大學(xué)