一种变压器局部放电超声传感器电路结构

1.一种变压器局部放电超声传感器电路结构，其特征在于：包含超声波传感器（1）、滤波器（2）、第一级放大器（3）、第二级放大器（4）、第三级放大器（5）、积分器（6）、跟随器（7）、负反馈电路（8）和电压偏置电路（9），所述超声波传感器（1）、滤波器（2）、第一级放大器（3）、第二级放大器（4）、第三级放大器（5）、积分器（6）、跟随器（7）依次连接，负反馈电路（8）的输入端与跟随器（7）互相连接，输出端与第二级放大器（4）互相连接，电压偏置电路（9）的输出端分别与第二级放大器（4）、第三级放大器（5）、积分器（6）、负反馈电路（8）互相连接；
所述第二级放大器（4）包含运算放大器一（U1A），电压偏置电路（9）包含运算放大器二（U1B），第三级放大器（5）包含运算放大器三（U2A），积分器（6）包含运算放大器四（U2B），跟随器（7）包含运算放大器五（U2C），负反馈电路（8）包含运算放大器六（U2D）；运算放大器一（U1A）同相输入端连接到第一级放大器（3）的尾端，反相输入端连接到运算放大器一（U1A）的输出端，并接地，构成第二级放大器（4），运算放大器二（U1B）的同相输入端连接到电源，并接地，反相输入端连接到运算放大器二（U1B）的输出端，构成电压偏置电路（9），并连接到运算放大器一（U1A）同相输入端电阻的输入端，运算放大器三（U2A）同相输入端连接到运算放大器二（U1B）的输出端，反相输入端连接到运算放大器一（U1A）的输出端，构成第三级放大器（5），运算放大器四（U2B）的同相输入端连接到运算放大器二（U1B）的输出端，反相输入端连接到运算放大器三（U2A）的输出端构成积分器（6），运算放大器五（U2C）同相输入端连接到运算放大器四（U2B）的输出端，反相输入端连接到运算放大器五（U2C）的输出端，构成跟随器（7），运算放大器六（U2D）的同相输入端连接到运算放大器二（U1B）的输出端，反相输入端连接到运算放大器五（U2C）的输出端，并连接到运算放大器三（U2A）的反相输入端，构成负反馈电路（8）。
2.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电超声传感器电路结构，其特征在于：所述超声波传感器（1）为40-300KHz的压电陶瓷传感器。
3.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电超声传感器电路结构，其特征在于：所述滤波器（2）为40-300KHz的带通滤波器。
4.根据权利要求1所述的一种变压器局部放电超声传感器电路结构，其特征在于：所述第一级放大器（3）包含三极管一、电容一和电阻一，所述三极管一基极与电容一互相连接，集电极与电阻十二互相连接后接到电源，并经过电容四输出。
5.根据权利要求3所述的一种变压器局部放电超声传感器电路结构，其特征在于：还包含运算放大器七（U3B），所述运算放大器七（U3B）同相输入端连接到运算放大器五（U2C）的输出端，反相输入端连接到运算放大器七（U3B）的输出端。

一种变压器局部放电超声传感器电路结构\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种变压器局部放电超声传感器电路结构，属于供电检测设备技术领域。\n背景技术\n[0002] 近年来随着电力系统的快速发展，变压器的容量和电压等级不断提高，运行中的安全问题也越来越受到重视。在变压器所发生的故障中，绝缘问题占很大的比重，因此需要一种有效的手段对变压器的绝缘状况进行监测，确保运行中变压器的安全。局部放电检测作为检测变压器绝缘的一种有效的手段，无论是检测理论还是检测技术，近年来都取得了较大的发展，并在电厂和电站中得到了实际的应用。变压器局部放电超声法检测以其抗干扰能力强及便于定位等方面的优势目前已成为国内外研究的热点话题。局部放电发生时，总是伴随着脉冲电流、电磁辐射以及声、光、热产生一些低分子物质等，局部放电超声法就是针对这个过程产生的超声波信号而发展起来的。超声传感器将变压器局部放电产生的超声波接收，并将其转化为电信号进行处理、输出。传统变压器局部放电超声波电路信噪比低，信号输出时波形畸变较多且传感器的灵敏度较低，因此精确定位变压器局部放电的位置比较困难。\n发明内容\n[0003] 本发明目的是提供一种变压器局部放电超声传感器电路结构，通过采用三级放大器，输出信噪比高、波形输出良好、灵敏度高，解决背景技术中存在的上述问题。\n[0004] 本发明的技术方案是：一种变压器局部放电超声传感器电路结构，包含超声波传感器、滤波器、第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、积分器、跟随器、负反馈电路和电压偏置电路，所述超声波传感器、滤波器、第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器、积分器、跟随器依次连接，负反馈电路的输入端与跟随器互相连接，输出端与第二级放大器互相连接，电压偏置电路的输出端分别与第二级放大器、第三级放大器、积分器、负反馈电路互相连接。\n[0005] 所述超声波传感器为40-300KHz的压电陶瓷传感器。\n[0006] 所述滤波器为40-300KHz的带通滤波器。\n[0007] 所述第一级放大器包含三极管一、电容一和电阻一，所述三极管一基极与电容一互相连接，集电极与电阻十二互相连接后接到电源，并经过电容四输出。\n[0008] 所述第二级放大器包含运算放大器一，电压偏置电路包含运算放大器二，第三级放大器包含运算放大器三，积分器包含运算放大器四，跟随器包含运算放大器五，负反馈电路包含运算放大器六；运算放大器一同相输入端连接到第一级放大器的尾端，反相输入端连接到运算放大器一的输出端，并接地，构成第二级放大器，运算放大器二的同相输入端连接到电源，并接地，反相输入端连接到运算放大器二的输出端，构成电压偏置电路，并连接到运算放大器一同相输入端电阻的输入端，运算放大器三同相输入端连接到运算放大器二的输出端，反相输入端连接到运算放大器一的输出端，构成第三级放大器，运算放大器四的同相输入端连接到运算放大器二的输出端，反相输入端连接到运算放大器三的输出端构成积分器，运算放大器五同相输入端连接到运算放大器四的输出端，反相输入端连接到运算放大器五的输出端，构成跟随器，运算放大器六的同相输入端连接到运算放大器二的输出端，反相输入端连接到运算放大器五的输出端，并连接到运算放大器三的反相输入端，构成负反馈电路。\n[0009] 还包含运算放大器七，所述运算放大器七同相输入端连接到运算放大器五的输出端，反相输入端连接到运算放大器七的输出端。\n[0010] 本发明的有益效果是：电路原理简单，元器件用量少，放大倍数可以调节，输出信噪比高、波形输出良好、灵敏度高，能够快速捕捉变压器局部放电所产生的超声信号，特别适合用于变压器局部放电检测。\n附图说明\n[0011] 图1是本发明的结构框图；\n[0012] 图2是本发明的电路原理图；\n[0013] 图中：超声波传感器1；滤波器2；第一级放大器3；第二级放大器4；第三级放大器5；\n积分器6；跟随器7；负反馈电路8；电压偏置电路9；运算放大器一U1A；运算放大器二U1B；运算放大器三U2A；运算放大器四U2B；运算放大器五U2C；运算放大器六U2D；运算放大器七U3B。\n[0014] J-超声传感器；C-电容；Q-三极管；R-电阻；D-二极管。\n具体实施方式\n[0015] 以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。\n[0016] 一种变压器局部放电超声传感器电路结构，包含超声波传感器1、滤波器2、第一级放大器3、第二级放大器4、第三级放大器5、积分器6、跟随器7、负反馈电路8和电压偏置电路\n9，所述超声波传感器1、滤波器2、第一级放大器3、第二级放大器4、第三级放大器5、积分器\n6、跟随器7依次连接，负反馈电路8的输入端与跟随器7互相连接，输出端与第二级放大器4互相连接，电压偏置电路9的输出端分别与第二级放大器4、第三级放大器5、积分器6、负反馈电路8互相连接。\n[0017] 所述超声波传感器1为40-300KHz的压电陶瓷传感器。\n[0018] 所述滤波器2为40-300KHz的带通滤波器。\n[0019] 所述第一级放大器3包含三极管一、电容一和电阻一，所述三极管一基极与电容一互相连接，集电极与电阻十二互相连接后接到电源，并经过电容四输出。\n[0020] 所述第二级放大器4包含运算放大器一U1A，电压偏置电路9包含运算放大器二U1B，第三级放大器5包含运算放大器三U2A，积分器6包含运算放大器四U2B，跟随器7包含运算放大器五U2C，负反馈电路8包含运算放大器六U2D；运算放大器一U1A同相输入端连接到第一级放大器3的尾端，反相输入端连接到运算放大器一U1A的输出端，并接地，构成第二级放大器4，运算放大器二U1B的同相输入端连接到电源，并接地，反相输入端连接到运算放大器二U1B的输出端，构成电压偏置电路9，并连接到运算放大器一U1A同相输入端电阻的输入端，运算放大器三U2A同相输入端连接到运算放大器二U1B的输出端，反相输入端连接到运算放大器一U1A的输出端，构成第三级放大器5，运算放大器四U2B的同相输入端连接到运算放大器二U1B的输出端，反相输入端连接到运算放大器三U2A的输出端构成积分器6，运算放大器五U2C同相输入端连接到运算放大器四U2B的输出端，反相输入端连接到运算放大器五U2C的输出端，构成跟随器7，运算放大器六U2D的同相输入端连接到运算放大器二U1B的输出端，反相输入端连接到运算放大器五U2C的输出端，并连接到运算放大器三U2A的反相输入端，构成负反馈电路8。\n[0021] 还包含运算放大器七U3B，所述运算放大器七U3B同相输入端连接到运算放大器五U2C的输出端，反相输入端连接到运算放大器七U3B的输出端。\n[0022] 变压器局部放电超声传感器电路，其超声波传感器采用40-300KHz压电陶瓷传感器，由于压电陶瓷与空气的声阻抗相差太大（约为4-5个数量级），为提高接收效率需增加阻抗匹配层；其滤波器为40-300KHz的带通滤波器，降低外界噪声信号对有效信号的干扰，提高信噪比；其放大电路采用低噪声低功耗的放大电路，且增益可调。\n[0023] 在没有信号输入的情况下三极管Q1的基极与发射极之间的压降为0，三极管不导通，电路中没有有效的交流信号，输出端无信号输出。\n[0024] 在J1接收到超声波信号后，第一级放大器三极管Q1的基极与发射极之间电压大于\n0.7V，三级管导通，对信号进行放大，通过调节R3的阻值大小，可以改变其放大倍数。经过C4隔直，由电压偏置电路运算放大器二U1B提供1/2VCC1的电压，第二级放大器运算放大器一U1A进行放大；再经过第三级放大器运算放大器三U2A进行放大；积分器运算放大器四U2B作用为使信号滞后反相输入90度；经过跟随器运算放大器五U2C；由负反馈电路运算放大器六U2D将信号返回到第二级放大器的反相输入端，且信号相位滞后180度；最后经过跟随器运算放大器七U3B输出，作用为减小输出电阻；U4处为电路的供电电路。\n[0025] 各集成电路的型号为三极管Q1为BC550C；U1、U3为TL062；U2为TL064；U4为L78L09ACZ。