一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器的制作方法

1.本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器。


背景技术：

2.开关柜局部放电带电检测的常规手段有超声波检测和暂态地电压检测两种，采用巡检和在线监测两种检测方式。巡检主要采用外置式超声波传感器和暂态地电压传感器，利用开关柜的柜门缝隙处和金属柜体检测泄漏的超声波信号和流经柜体表面的暂态地电压信号。在线监测一般采用外置磁吸式超声波和暂态地电压传感器或者内置式超声波和暂态地电压传感器。巡检通过人工移动超声传感器和暂态地电压传感器的方式，对开关柜缝隙和柜体表面进行全方位的局放信号检测。在线监测由于主要应用于无人值守、长期实时检测的场合，传感器只能采用固定式的安装方式。
3.目前的超声波和暂态地电压传感器通常只配置单个超声波传感器和单个暂态地电波传感器，放置于柜体表面或者柜体内部进行使用。因此，放置传感器的位置相对固定，对于指向性较强的超声波局部放电信号检测来说，具有检测范围过小、无法覆盖所有重点检测对象的缺陷。特别是开关柜局放检测的两个重点区域开关室和电缆室分别处于柜体的中部和下部，中间有金属部分分隔，如果只有单只超声波传感器，必然无法全面检测开关柜的局部放电信号。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，用以解决现有技术中存在的上述问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明提供一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，包括蜂窝式主传感器，所述蜂窝式主传感器的一侧设有第一超声探测端面，在第一超声探测端面上设有若干呈蜂窝状排列的第一超声波探测窗口，所述蜂窝式主传感器的内部设有电路主板、暂态地电波传感器和若干mems超声波传感器，各mems超声波传感器分别固定安装于对应的第一超声波探测窗口内，所述暂态地电波传感器安装于蜂窝式主传感器内背离第一超声探测端面的一侧，所述电路主板上集成有微处理器和通讯模组，所述通讯模组、暂态地电波传感器以及各mems超声波传感器均与微处理器电性连接，所述微处理器用于采集暂态地电波传感器的暂态地电压信号以及各mems超声波传感器的超声波信号，并根据暂态地电压信号和各超声波信号生成局部放电检测信号，将局部放电检测信号传输至通讯模组，由通讯模组将局部放电检测信号发送至外部监测端。
7.其应用时，可将蜂窝式主传感器安装在开关柜上相应位置，通过蜂窝式主传感器上呈蜂窝状设置的多个mems超声波传感器可以对开关柜局部范围内的多个监测点位进行超声波监测，得到对应多个点位的超声波信号，并将超声波信号传输至电路主板上的微处
理器，通过蜂窝式主传感器内的暂态地电波传感器可以对开关柜局部范围进行暂态地电压监测，得到暂态地电压信号，并将暂态地电压信号传输至电路主板上的微处理器，微处理器根据各超声波信号及暂态地电压信号判断开关柜是否存在局部放电的情况，并生成相应的局部放电检测信号，将局部放电检测信号传输至通讯模组，由通讯模组将局部放电检测信号发送至外部监测端。
8.在一个可能的设计中，还包括超声子传感器，所述超声子传感器的一侧设有第二超声探测端面，在第二超声探测端面上设有若干间隔排列的第二超声波探测窗口，在超声子传感器内部设有若干mems超声波传感器，且超声子传感器内的各mems超声波传感器分别固定安装于对应的第二超声波探测窗口内，所述蜂窝式主传感器上设有第一数据接口，所述超声子传感器上设有第二数据接口，所述第一数据接口与第二数据接口之间通过屏蔽线缆连接，且第二数据接口还与超声子传感器内的各mems超声波传感器电性连接，第一数据接口还与微处理器电性连接。
9.其应用时，可将超声子传感器安装在开关柜上，利用屏蔽线缆将超声子传感器与蜂窝式主传感器连接，通过超声子传感器可额外拓展超声波监测点位，超声子传感器的各mems超声波传感器可以对开关柜局部范围内的其他监测点位进行超声波监测，得到对应多个点位的超声波信号，并将超声波信号传输至电路主板上的微处理器，微处理器同步根据这些点位对应的超声波信号进行开关柜局部放电判断。
10.在一个可能的设计中，所述第二超声探测端面为弧形端面，在第二超声探测端面上周向布设于有三个第二超声波探测窗口。其应用时，通过弧形端面及相应第二超声波探测窗口的布设，可以最大限度的拓展超声波探测的范围。
11.在一个可能的设计中，所述超声子传感器的侧面设有第一安装耳，所述第一安装耳上设有安装孔。其应用时，通过第一安装耳可将超声子传感器固定安装于开关柜上进行使用。
12.在一个可能的设计中，所述超声子传感器内背离第二超声探测端面的一侧设有固定磁铁。其应用时，通过固定磁铁可将超声子传感器吸附在开关柜上进行使用。
13.在一个可能的设计中，所述电路主板上集成有电源模块，所述电源模块用于给微处理器、通讯模组、暂态地电波传感器以及各mems超声波传感器供电。其应用时，通过电源模块可以为微处理器、通讯模组、暂态地电波传感器以及各mems超声波传感器供电，保证各器件的正常运行。
14.在一个可能的设计中，所述电源模块包括ct取电电源。其应用时，通过ct取电电源可以进行电磁感应取电，可在无外接电源的情况下实现无源自取电。
15.在一个可能的设计中，所述蜂窝式主传感器的侧面设有第二安装耳，所述第二安装耳上设有安装孔。其应用时，通过第二安装耳可将蜂窝式主传感器固定安装于开关柜上进行使用。
16.在一个可能的设计中，所述暂态地电波传感器的周围设有环形磁铁。其应用时，通过环形磁铁可将蜂窝式主传感器吸附在开关柜上进行使用。
17.在一个可能的设计中，所述第一超声探测端面为平面或球面，在第一超声探测端面上布设有六个第一超声波探测窗口。其应用时，通过第一超声探测端面的端面设计以及第一超声波探测窗口的配置，可以在不明显增大传感器尺寸的前提下有效增加超声检测范
围。
18.有益效果：本发明通过蜂窝式主传感器及超声子传感器的相应传感器阵列设计，可以替代传统内置或外置式超声波与暂态地电波传感器的单只传感器设计，实现更大范围、更精准的开关柜局部放电检测；通过采用蜂窝式mems超声波传感器阵列的设计，可以在不明显增大传感器尺寸的前提下有效增加超声检测范围，实现无死角在线监测；通过感应取电的方式，避免了从开关柜二次控制室内取电的繁琐布线工作，最大程度降低安装工作量和对原有控制室电源的可靠性影响。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为实施例中蜂窝式主传感器第一视角的结构示意图；
21.图2为实施例中蜂窝式主传感器第二视角的结构示意图；
22.图3为实施例中超声子传感器第一视角的结构示意图；
23.图4为实施例中超声子传感器第二视角的结构示意图。
24.图中：1、蜂窝式主传感器；2、第一超声波探测窗口；3、电路主板；4、暂态地电波传感器；5、mems超声波传感器；6、超声子传感器；7、第二超声波探测窗口；8、第一数据接口；9、第二数据接口；10、第一安装耳；11、固定磁铁；12、第二安装耳；13、环形磁铁。
具体实施方式
25.在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
26.应当理解，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例中的具体含义。
27.在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实施例中，可以不以非必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得实施例不清楚。
28.实施例：
29.本实施例提供了一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，如图1至图2所示，包括蜂窝式主传感器1，所述蜂窝式主传感器1的一侧设有第一超声探测端面，在第一超声探测端面上设有若干呈蜂窝状排列的第一超声波探测窗口2，所述蜂窝式主传感器1的内部设有电路主板3、暂态地电波传感器4和若干mems超声波传感器5，各mems超声
波传感器5分别固定安装于对应的第一超声波探测窗口2内，所述暂态地电波传感器4安装于蜂窝式主传感器1内背离第一超声探测端面的一侧，所述电路主板3上集成有微处理器和通讯模组，所述通讯模组、暂态地电波传感器4以及各mems超声波传感器5均与微处理器电性连接，所述微处理器用于采集暂态地电波传感器4的暂态地电压信号以及各mems超声波传感器5的超声波信号，并根据暂态地电压信号和各超声波信号生成局部放电检测信号，将局部放电检测信号传输至通讯模组，由通讯模组将局部放电检测信号发送至外部监测端。
30.具体实施时，可将蜂窝式主传感器1安装在开关柜上相应位置，通过蜂窝式主传感器1上呈蜂窝状设置的多个mems超声波传感器5可以对开关柜局部范围内的多个监测点位进行超声波监测，得到对应多个点位的超声波信号，并将超声波信号传输至电路主板3上的微处理器，通过蜂窝式主传感器1内的暂态地电波传感器4可以对开关柜局部范围进行暂态地电压监测，得到暂态地电压信号，并将暂态地电压信号传输至电路主板3上的微处理器，微处理器根据各超声波信号及暂态地电压信号判断开关柜是否存在局部放电的情况，并生成相应的局部放电检测信号，将局部放电检测信号传输至通讯模组，由通讯模组将局部放电检测信号发送至外部监测端。蜂窝式主传感器1在组装时可根据实际需求进行各mems超声波传感器5的探测角度微调，调整好角度后再将mems超声波传感器5固定在对应的第一超声波探测窗口7内，形成蜂窝式的mems超声波传感器阵列。
31.进一步地，如图3至图4所示，还包括超声子传感器6，所述超声子传感器6的一侧设有第二超声探测端面，在第二超声探测端面上设有若干间隔排列的第二超声波探测窗口7，在超声子传感器6内部设有若干mems超声波传感器5，且超声子传感器6内的各mems超声波传感器5分别固定安装于对应的第二超声波探测窗口7内，所述蜂窝式主传感器1上设有第一数据接口8，所述超声子传感器6上设有第二数据接口9，所述第一数据接口8与第二数据接口9之间通过屏蔽线缆连接，且第二数据接口9还与超声子传感器6内的各mems超声波传感器5电性连接，第一数据接口8还与微处理器电性连接。
32.具体实施时，可将超声子传感器6安装在开关柜上，利用屏蔽线缆将超声子传感器6与蜂窝式主传感器1连接，通过超声子传感器6可额外拓展超声波监测点位，超声子传感器6的各mems超声波传感器5可以对开关柜局部范围内的其他监测点位进行超声波监测，得到对应多个点位的超声波信号，并将超声波信号传输至电路主板3上的微处理器，微处理器同步根据这些点位对应的超声波信号进行开关柜局部放电判断。超声子传感器6在组装时也可根据实际需求进行各mems超声波传感器5的探测角度微调，调整好角度后再将mems超声波传感器5固定在对应的第二超声波探测窗口7内，形成扇状的mems超声波传感器阵列。
33.所述微处理器可采用单片机、可编程逻辑芯片或者数字信号处理芯片等，所述通讯模组可采用lora通讯模组、wifi通讯模组、蓝牙通讯模组、4g通讯模组或5g通讯模组等。所述mems超声波传感器可采用ch-101型mems超声波传感器，ch-101型mems超声波传感器将pmut、高能效dsp(数字信号处理器)、低功耗cmos asic组合在一起，采用小型封装尺寸，体积仅为传统超声波传感器的千分之一，使得mems超声波传感器阵列的布设可以在不明显增大传感器尺寸的前提下有效增加超声检测范围。
34.进一步地，所述第一超声探测端面为平面或球面，在第一超声探测端面上布设有六个第一超声波探测窗口2，通过第一超声探测端面的端面设计以及第一超声波探测窗口2的配置，可以在不明显增大传感器尺寸的前提下有效增加超声检测范围。所述第二超声探
测端面为弧形端面，在第二超声探测端面上周向布设于有三个第二超声波探测窗口7，通过弧形端面及相应第二超声波探测窗口7的布设，可以最大限度的拓展超声波探测的范围。
35.进一步地，所述超声子传感器6的侧面设有第一安装耳10，所述第一安装耳10上设有安装孔，通过第一安装耳10可将超声子传感器6固定安装于开关柜上进行使用。所述超声子传感器6内背离第二超声探测端面的一侧设有固定磁铁11，通过固定磁铁11可将超声子传感器6吸附在开关柜上进行使用。所述蜂窝式主传感器1的侧面设有第二安装耳12，所述第二安装耳12上设有安装孔，通过第二安装耳12可将蜂窝式主传感器1固定安装于开关柜上进行使用。所述暂态地电波传感器4的周围设有环形磁铁13，通过环形磁铁13可将蜂窝式主传感器1吸附在开关柜上进行使用。
36.进一步地，所述电路主板3上集成有电源模块，所述电源模块用于给微处理器、通讯模组、暂态地电波传感器4以及各mems超声波传感器5供电。所述电源模块包括ct取电电源，通过ct取电电源可以进行电磁感应取电，可在无外接电源的情况下实现无源自取电。ct取电(感应取电)电源，即利用安装在电力线路上的ct(current transformer，电流互感器)通过电磁感应原理获得电源，它由取电ct(取能互感器)和电源转换模块(将ct取得的电能量转化为所需要的直流电压)两部分组成。
37.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，包括蜂窝式主传感器(1)，所述蜂窝式主传感器(1)的一侧设有第一超声探测端面，在第一超声探测端面上设有若干呈蜂窝状排列的第一超声波探测窗口(2)，所述蜂窝式主传感器(1)的内部设有电路主板(3)、暂态地电波传感器(4)和若干mems超声波传感器(5)，各mems超声波传感器(5)分别固定安装于对应的第一超声波探测窗口(2)内，所述暂态地电波传感器(4)安装于蜂窝式主传感器(1)内背离第一超声探测端面的一侧，所述电路主板(3)上集成有微处理器和通讯模组，所述通讯模组、暂态地电波传感器(4)以及各mems超声波传感器(5)均与微处理器电性连接，所述微处理器用于采集暂态地电波传感器(4)的暂态地电压信号以及各mems超声波传感器(5)的超声波信号，并根据暂态地电压信号和各超声波信号生成局部放电检测信号，将局部放电检测信号传输至通讯模组，由通讯模组将局部放电检测信号发送至外部监测端。2.根据权利要求1所述的一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，还包括超声子传感器(6)，所述超声子传感器(6)的一侧设有第二超声探测端面，在第二超声探测端面上设有若干间隔排列的第二超声波探测窗口(7)，在超声子传感器(6)内部设有若干mems超声波传感器(5)，且超声子传感器(6)内的各mems超声波传感器(5)分别固定安装于对应的第二超声波探测窗口(7)内，所述蜂窝式主传感器(1)上设有第一数据接口(8)，所述超声子传感器(6)上设有第二数据接口(9)，所述第一数据接口(8)与第二数据接口(9)之间通过屏蔽线缆连接，且第二数据接口(9)还与超声子传感器(6)内的各mems超声波传感器(5)电性连接，第一数据接口(8)还与微处理器电性连接。3.根据权利要求2所述的一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，所述第二超声探测端面为弧形端面，在第二超声探测端面上周向布设于有三个第二超声波探测窗口(7)。4.根据权利要求2所述的一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，所述超声子传感器(6)的侧面设有第一安装耳(10)，所述第一安装耳(10)上设有安装孔。5.根据权利要求2所述的一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，所述超声子传感器(6)内背离第二超声探测端面的一侧设有固定磁铁(11)。6.根据权利要求2所述的一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，所述电路主板(3)上集成有电源模块，所述电源模块用于给微处理器、通讯模组、暂态地电波传感器(4)以及所有的mems超声波传感器(5)供电。7.根据权利要求6所述的一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，所述电源模块包括ct取电电源。8.根据权利要求1所述的一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，所述蜂窝式主传感器(1)的侧面设有第二安装耳(12)，所述第二安装耳(12)上设有安装孔。9.根据权利要求1所述的一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，所述暂态地电波传感器(4)的周围设有环形磁铁(13)。10.根据权利要求1所述的一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，其特征在于，所述第一超声探测端面为平面或球面，在第一超声探测端面上布设有六个第一
超声波探测窗口(2)。

技术总结
本发明属于传感器技术领域，公开了一种内置式暂态地电波与超声波一体化局部放电传感器，包括蜂窝式主传感器和超声子传感器，蜂窝式主传感器的内部设有电路主板、暂态地电波传感器和若干MEMS超声波传感器，各MEMS超声波传感器分别固定安装于对应的呈蜂窝式排列的第一超声波探测窗口内，超声子传感器的第二超声探测端面上设有若干间隔排列的第二超声波探测窗口，在超声子传感器内部设有若干置于对应第二超声波探测窗口的MEMS超声波传感器。本发明通过蜂窝式主传感器及超声子传感器的相应传感器阵列设计，可以替代传统内置或外置式超声波与暂态地电波传感器的单只传感器设计，实现更大范围、更精准的开关柜局部放电检测。更精准的开关柜局部放电检测。更精准的开关柜局部放电检测。


技术研发人员：郭海全 张俊玮 管轩玉 马瑞岩 杨伟
受保护的技术使用者：华能安徽怀宁风力发电有限责任公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/6