本發(fā)明涉及高壓檢測
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種兆赫茲超聲波換能器在超聲波局放儀校驗領(lǐng)域的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：目前超聲波換能器在超聲波局放儀校驗領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在對超聲波傳感器進行校驗時，一般是通過更換不同主諧振頻率的超聲波換能器來擬合傳感器的幅頻響應(yīng)曲線，與被測傳感器出廠已知的幅頻響應(yīng)曲線做對比來驗證傳感器性能的好壞，所使用的超聲波換能器一般主諧振頻率為二十千赫茲到兩百千赫茲，根據(jù)不同檢測頻帶的超聲波傳感器，選擇相應(yīng)頻段主諧振頻率的超聲波換能器，而對于同一試驗中所用到的不同主諧振頻率的換能器需保證在主諧振頻率下響應(yīng)峰值基本相同，輸出功率基本相同。以校驗非接觸式超聲波局放儀(頻率響應(yīng)最好的點一般在40K左右)為例，選取檢測頻帶為20k-60kHz、峰值頻率為38.57kHz的超聲波傳感器為例，具體試驗方法如下：步驟一：根據(jù)已知傳感器的檢測頻帶，分別選取主諧振頻率為20kHz、30kHz、38kHz、39kHz、40kHz、41kHz、42kHz、50kHz、60kHz的超聲波換能器；步驟二：將主諧振頻率為20kHz的超聲波換能器固定到非接觸式超聲波局放儀校驗裝置的相應(yīng)位置，超聲波傳感器與示波器相接，信號源與超聲波換能器相接；步驟三：調(diào)節(jié)信號源，輸入頻率20kHz，幅值1V的信號到超聲波換能器；步驟四：觀察示波器的幅頻響應(yīng)曲線，記錄示波器在20kHz的響應(yīng)值；步驟五：更換主諧振頻率為25K的超聲波換能器，重復(fù)步驟二到步驟四，記錄示波器在25K時的響應(yīng)值；步驟六：以此類推，更換不同主諧振頻率的超聲波換能器，調(diào)節(jié)信號源的輸入頻率為相應(yīng)換能器的主諧振頻率，記錄相應(yīng)的幅頻響應(yīng)值；步驟七：根據(jù)數(shù)據(jù)記錄，繪制傳感器的幅頻響應(yīng)曲線；步驟八：根據(jù)繪制的傳感器的幅頻響應(yīng)曲線，對比已知的傳感器的幅頻響應(yīng)曲線，即可判斷傳感器性能的好壞；步驟九：若傳感器正常，將主諧振頻率為40kHz的超聲波換能器固定到非接觸式超聲波局放儀校驗裝置相應(yīng)位置，并將示波器換為被測局放儀，與傳感器相接；步驟十：調(diào)節(jié)信號源，輸入40kHz、1V的信號，記錄局放儀的響應(yīng)值；步驟十一：不斷更換主諧振頻率為40kHz附近值的換能器，記錄局放儀的響應(yīng)值，對比確定局放儀頻率響應(yīng)最好的頻率值f0；步驟十二：固定信號源輸出頻率為f0，并逐步調(diào)節(jié)信號幅值，使得局放儀接近滿刻度，記下這時信號源輸出幅值U和局放儀顯示值A(chǔ)；步驟十三：記錄局放儀分別在信號源輸出U、0.8U、0.6U、0.2U信號時的響應(yīng)值，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，計算儀器的線性度誤差；步驟十四：將所計算的線性度誤差與標準規(guī)定的值做比較，確定局放儀線性度是否良好；如圖1所示，非接觸式超聲波傳感器的已知幅頻響應(yīng)曲線，如圖2所示，非接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線。表1為非接觸式超聲波的實測幅頻響應(yīng)試驗數(shù)據(jù)1頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB20-58.040-9.025-45.041-10.030-39.045-35.035-35.050-45.038-1.055-50.039-8.060-57.0表1接觸式超聲波局放儀校驗方法與非接觸式超聲波校驗方法雷同，不同在于：1.校驗裝置結(jié)構(gòu)及超聲波的傳播介質(zhì)不同；2.儀器的檢測頻帶范圍不同，為確定儀器的實際檢測頻帶是否符合相關(guān)標準要求，增加了檢測頻帶寬度試驗。具體方法與接觸式的差異在于：1.儀器及傳感器的主諧振頻率有所差異，所選擇的換能器的主諧振頻率需做相應(yīng)的調(diào)整；2.增加以下步驟：步驟十五：調(diào)節(jié)信號源輸出幅值1V，并固定頻率為被測局放儀響應(yīng)最好的頻率值，記錄局放儀的最大響應(yīng)值；步驟十六：信號源輸出幅值不變，增大信號源輸出頻率，使局放儀的的響應(yīng)值歸一化輸出降到0.501時的頻率點(-6dB點)，確定儀器的上限截止頻率，同理減小信號源輸出頻率，使局放儀的的響應(yīng)值歸一化輸出降到0.501時的頻率點(-6dB點)，確定儀器的下限截止頻率；步驟十七：根據(jù)儀器的上下截止頻率確定頻帶寬度，與相關(guān)標準規(guī)定做比較，判斷儀器是否符合要求；對于檢測充油電力設(shè)備的超聲波局放儀，一般檢測頻帶在80kHz-200kHz。如下圖3所示為用于檢測充油電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的已知幅頻響應(yīng)曲線、圖4所示為用于檢測充油電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線。表2為用于檢測充油電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)試驗數(shù)據(jù)1頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB60-60.0170-25.080-57.0180-28.0100-28.0190-30.0120-24.0200-40.0140-22.0220-48.0160-21.0240-30.0表2對于用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的超聲波局放儀，一般檢測頻帶在20kHz-80kHz，如下圖5為用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的已知幅頻響應(yīng)曲線；如下圖6所示為用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線。表3為用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)試驗數(shù)據(jù)1頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB20106.060117.525107.065115.030111.070114.035113.075112.540115.580111.545117.585110.550118.590110.055118.095108.0表3在上述換能器應(yīng)用過程中，要保證在信號源輸入信號幅值不變的情況下所更換的超聲波換能器在各自的主諧振頻率點處的幅頻響應(yīng)值基本相同、功率恒定不變，在換能器制作上是相當困難的。一旦換能器的性能無法統(tǒng)一保證，試驗過程中所得到的數(shù)據(jù)偏差就會特別大，從而使儀器考核的可靠性大大降低；另外這種原始的試驗方式只有用的換能器越多，得到的數(shù)據(jù)才能更加完整的繪制出準確的幅頻曲線，而試驗過程中不斷的更換換能器讓試驗相當繁瑣，不僅增加了工作量及儀器考核校驗的成本，而且只利用到了換能器的主諧振頻率點，使換能器的利用效率大大降低。目前市面上已有各種主諧振頻率級別的換能器，其中兆赫茲級換能器在許多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，如醫(yī)學診斷、超聲波清洗、管道檢測、育種、殺蟲等。而在電力行業(yè)的超聲波校驗檢測領(lǐng)域，兆赫茲級換能器還未涉足。通常的超聲校驗利用的是換能器的主諧振頻率點，這些點必須要在超聲波檢測頻帶內(nèi)，所以這些換能器的主諧振頻率點在幾十千赫茲到幾百千赫茲之間，且輸出功率很難統(tǒng)一，因此很難得到線性度良好、輸出功率平穩(wěn)的超聲波信號?？紤]此現(xiàn)狀，結(jié)合換能器的特性曲線，本發(fā)明提出了一種兆赫茲級超聲換能器的應(yīng)用方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種兆赫茲超聲波換能器在超聲波局放儀校驗領(lǐng)域的應(yīng)用。本發(fā)明為一種兆赫茲超聲波換能器在超聲波局放儀校驗領(lǐng)域的應(yīng)用；本發(fā)明還包括一種兆赫茲超聲波換能器在非接觸式超聲波局放儀校驗上的應(yīng)用；本發(fā)明還包括兆赫茲超聲波換能器在接觸式超聲波局放儀校驗上的應(yīng)用。所述的接觸式超聲波局放儀包括用于檢測充油電力設(shè)備的超聲波局放儀、用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的超聲波局放儀。本發(fā)明所產(chǎn)生的效益：兆赫茲級換能器在超聲波局放儀校驗領(lǐng)域上的應(yīng)用，總體降低了換能器制作難度，整個過程只需一次設(shè)計好的超聲波換能器，無需更換，并且對于保證多個換能器的功率及中心諧振頻率點處響應(yīng)相同不再做要求，只需通過讓檢測頻帶處于所設(shè)計換能器旁瓣的平穩(wěn)段，即可得到完全符合超聲波局放測試校驗需求的超聲波信號，完成儀器校驗。該應(yīng)用提高了超聲波局放儀校驗的可靠性和便捷性，降低了超聲波局放儀校驗成本，提高了換能器的利用效率。附圖說明圖1為非接觸式超聲波傳感器的已知幅頻響應(yīng)曲線；圖2為非接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線1；圖3為用于檢測充油電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的已知幅頻響應(yīng)曲線；圖4為用于檢測充油電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線1；圖5為用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的已知幅頻響應(yīng)曲線；圖6為用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線1；圖7為非接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線2；圖8為用于檢測充油電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線2；圖9為用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線2。具體實施方式本發(fā)明提出了一種兆赫茲超聲波換能器在超聲波局放儀校驗領(lǐng)域的應(yīng)用。該方法基于超聲波換能器的幅頻響應(yīng)曲線，通常超聲波換能器的幅頻響應(yīng)曲線有一個最高的頻率響應(yīng)峰值點，該頻率點為換能器的主諧振頻率點，靠近主諧振頻率點的幅頻響應(yīng)曲線變化趨勢較大，而遠離主諧振頻率點的幅頻響應(yīng)曲線起伏非常平穩(wěn)。在校驗平臺對超聲波局放檢測儀進行校驗時，可選取主諧振頻率點遠大于超聲波檢測頻帶上限值的換能器，使得超聲波檢測頻帶處于換能器幅頻曲線的平穩(wěn)段，即可直接利用換能器幅頻響應(yīng)曲線旁瓣的平穩(wěn)段進行超聲波校驗試驗。對于兆赫茲超聲波換能器在非接觸式超聲波局放儀校驗上的應(yīng)用，具體包括以下步驟：步驟一：將兆赫茲級超聲波換能器固定到非接觸式超聲波局放儀校驗裝置相應(yīng)位置，超聲波傳感器與示波器相接，信號源與超聲波換能器相接；步驟二：調(diào)節(jié)信號源輸出幅值1V的信號，從20k-60kHz連續(xù)調(diào)節(jié)信號源頻率，分別記錄各頻率點的響應(yīng)值，見表4為非接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)試驗數(shù)據(jù)2；圖7為非接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線2；步驟三：根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)繪制傳感器的幅頻響應(yīng)曲線如圖7，與傳感器出廠的已知幅頻響應(yīng)曲線做對比，驗證傳感器性能的好壞；步驟四：若傳感器正常，則將示波器換為被測局放儀，與超聲波傳感器相接；步驟五：調(diào)節(jié)信號源，輸入幅值1V、40kHz的信號，微調(diào)信號頻率，觀察儀器上的響應(yīng)值，確定被測儀器頻率響應(yīng)最好的頻率點f0；步驟六：固定信號源輸出頻率為f0，并逐步調(diào)節(jié)信號幅值，使得局放儀接近滿刻度，記下這時信號源輸出幅值U和局放儀顯示值A(chǔ)；；步驟七：記錄局放儀分別在信號源輸出U、0.8U、0.6U、0.2U信號時的響應(yīng)值，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，計算儀器的線性度誤差；步驟八：將所計算的線性度誤差與標準規(guī)定的值做比較，確定局放儀線性度是否良好。表4對于兆赫茲超聲波換能器在接觸式超聲波局放儀校驗上的應(yīng)用，具體包括以下步驟：接觸式超聲波與非接觸式超聲波的校驗方法類似，由于兆赫茲換能器的運用，可以在所有超聲檢測頻帶20kHz到200kHz內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，故無需再考慮儀器本身檢測頻帶對換能器的制作要求。對于接觸式只需增加檢測頻帶試驗，具體如下：步驟九：調(diào)節(jié)信號源輸入1V信號，并固定信號輸出被測局放儀響應(yīng)最好的頻率值，記錄局放儀的最大響應(yīng)值；步驟十：信號源輸出幅值不變，增大信號源輸出頻率，使局放儀的的響應(yīng)值歸一化輸出降到0.501時的頻率點(-6dB點)，確定儀器的上限截止頻率，同理減小信號源輸出頻率，使局放儀的的響應(yīng)值歸一化輸出降到0.501時的頻率點(-6dB點)，確定儀器的下限截止頻率；步驟十一：根據(jù)儀器的上下截止頻率確定頻帶寬度，與相關(guān)標準規(guī)定做比較，判斷儀器是否符合要求。用于充油電力設(shè)備的接觸式局部放電超聲波檢測儀，一般檢測頻帶在80kHz-200kHz，兆赫茲試驗數(shù)據(jù)如下表5為用于檢測充油電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)試驗數(shù)據(jù)2；圖8為用于檢測充油電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線2；頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB60-60.0165-21.565-56.0170-22.570-50.0175-23.075-45.0180-24.080-40.0185-25.085-35.0190-30.090-30.0195-34.095-29.0200-38.0100-28.0205-42.0105-26.0210-48.0110-25.0215-38.0115-24.0220-35.0120-24.5225-32.0125-25.0230-30.0130-24.0235-28.0135-23.5240-27.5140-23.0245-28.0145-22.0250-30.0150-20.5255-31.0155-21.5260-32.5160-21.0265-33.0對于用于SF6氣體絕緣電力設(shè)備的超聲波局放儀，一般檢測頻帶在20kHz-80kHz，具體試驗數(shù)據(jù)如下表6為用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)試驗數(shù)據(jù)2：圖9為用于檢測SF6氣體絕緣電力設(shè)備的接觸式超聲波傳感器的實測幅頻響應(yīng)曲線2；頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB頻率/kHz幅頻響應(yīng)值/dB20106.556117.022107.058116.624108.560116.226109.562115.828110.564115.430111.566115.032112.568114.534113.570114.036114.572113.638115.374113.240116.076112.842116.578112.444117.080112.046117.682111.648117.784111.250117.886110.852117.688110.454117.490110.0表6當前第1頁1 2 3