【正文】 生超聲波，同時(shí)它接收到超聲波時(shí)，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器或接收器。有的超聲波傳感器既作發(fā)送，也能作接收。這里僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為2325KHZ及4045KHZ。這類傳感器適用于測(cè)距、遙控、防盜等用途。該種有T/R4060，T/R4012等（其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40KHZ，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計(jì)）。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI型）。它的特點(diǎn)是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關(guān)用，它的性能較好。超聲波應(yīng)用有三種基本類型，透射型用于遙控器，防盜報(bào)警器、自動(dòng)門、接近開關(guān)等；分離式反射型用于測(cè)距、液位或料位；反射型用于材料探傷、測(cè)厚等。 由發(fā)送傳感器(或稱波發(fā)送器)、接收傳感器(或稱波接收器)、控制部分與電源部分組成。發(fā)送器傳感器由發(fā)送器與使用直徑為15mm左右的陶瓷振子換能器組成，換能器作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其變換成電能量，作為傳感器接收器的輸出，用發(fā)送傳感器的陶瓷振子的也可以用做接收器傳感器社的陶瓷振子?？刂撇糠种饕獙?duì)發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測(cè)距離等進(jìn)行控制。當(dāng)電壓作用于壓電陶瓷時(shí)，就會(huì)隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機(jī)械變形。另一方面，當(dāng)振動(dòng)壓電陶瓷時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電荷。利用這一原理，當(dāng)給由兩片壓電陶瓷或 一片壓電陶瓷和一個(gè)金屬片構(gòu)成的振動(dòng)器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個(gè)電信號(hào)時(shí)，就會(huì)因彎曲振動(dòng)發(fā)射出超聲波。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超聲振動(dòng) 時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。基于以上作用，便可以將壓電陶瓷用作超聲波傳感器。如超聲波傳感器，一個(gè)復(fù)合式振動(dòng)器被靈活地固定在底座上。該復(fù)合式振動(dòng)器是諧振器以及，由一個(gè)金屬片和一個(gè)壓電陶瓷片組成的雙壓電晶片元件振動(dòng)器的一 個(gè)結(jié)合體。諧振器呈喇叭形，目的是能有效地輻射由于振動(dòng)而產(chǎn)生的超聲波，并且可以有效地使超聲波聚集在振動(dòng)器的中央部位?！　∈彝庥猛镜某暡▊鞲衅鞅仨毦哂辛己玫拿芊庑?，以便防止露水、雨水和灰塵的侵入。壓電陶瓷被固定在金屬盒體的頂部?jī)?nèi)側(cè)。底座固定在盒體的開口端，并且使用樹脂進(jìn)行覆蓋。對(duì)應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人的超聲波傳感器而言，要求其精確度要達(dá)到1mm，并且具有較強(qiáng)的超聲波輻射?！　±贸Ｒ?guī)雙壓電晶片元件振動(dòng)器的彎曲振動(dòng)，在頻率高于70kHz的情況下，是不可能達(dá)到此目的的。所以，在高頻率探測(cè)中，必須使用垂直厚度振動(dòng)模式的 壓電陶瓷。在這種情況下，壓電陶瓷的聲阻抗與空氣的匹配就變得十分重要。107kg/m2s，而空氣的聲阻抗為 102kg/m2s。5個(gè)冪的差異會(huì)導(dǎo)致在壓電陶瓷振動(dòng)輻射表面上的大量損失。一種特殊材料粘附在壓電陶瓷上，作為聲匹配層，可實(shí)現(xiàn)與空氣的聲阻 抗相匹配。這種結(jié)構(gòu)可以使超聲波傳感器在高達(dá)數(shù)百kHz頻率的情況下，仍然能夠正常工作。超聲波距離傳感器技術(shù)原理與應(yīng)用　　超聲波距離傳感器可以廣泛應(yīng)用在物位（液位）監(jiān)測(cè)，機(jī)器人防撞，各種超聲波接近開關(guān)，以及防盜報(bào)警等相關(guān)領(lǐng)域，工作可靠，安裝方便，防水型，發(fā)射夾角較小，靈敏度高，方便與工業(yè)顯示儀表連接，也提供發(fā)射夾角較大的探頭。超聲波測(cè)距儀：超高能聲波測(cè)距技術(shù)使超聲波測(cè)距技術(shù)有了重大的突破，它不僅拓寬了超聲波測(cè)距技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合（適用極惡劣的工作環(huán)境），而且使用智能調(diào)節(jié)技術(shù)，大大提高了超聲波產(chǎn)品的可靠性及性能指標(biāo)，讓用戶無后顧憂優(yōu)秀的回波處理技術(shù)，5－50KHZ的超高強(qiáng)波頻率使物位計(jì)最大量程可達(dá)到120米，適用介質(zhì)溫度為–20℃—+175℃。智能的全自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)波頻 率，自動(dòng)的溫差補(bǔ)償功能使其工作更加穩(wěn)定可靠。HpAWK系列產(chǎn)品還擁有靈活多變的工作方式（供電電源可為12VDC、24VDC、110VAC、 220VAC。二/三/四線制同一儀表中可隨意組合。它還擁有先進(jìn)的遠(yuǎn)程GSM、CDMA、互聯(lián)網(wǎng)調(diào)試功能，使得用戶隨時(shí)可以得到技術(shù)支持。目前對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷通常采用電氣量測(cè)量法。由于電氣量所包含的故障信息一般性不明顯、難以檢測(cè)且無先兆性，使得準(zhǔn)確地故障診斷十分困難。實(shí)際上在電氣設(shè)備故障前，盡管電氣量還沒有明顯改變，設(shè)備尚能工作，但有些非電氣量的變化信息（如各種氣體的含量、溫度、壓力和機(jī)械變形等或者伴隨故障出現(xiàn)的發(fā)聲、發(fā)光、發(fā)熱等）卻包含了故障將要發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生的信息。因此，與電氣量測(cè)量法相比，利用非電氣量檢測(cè)法對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行故障診斷更為有效。結(jié)合長(zhǎng)期從事電氣設(shè)備故障診斷的研究，介紹了超聲傳感技術(shù)在電力系統(tǒng)電氣設(shè)備故障診斷中的主要應(yīng)用成果[4] 。超聲傳感器結(jié)構(gòu)及原理簡(jiǎn)介超聲檢測(cè)技術(shù)涉及到超聲波的發(fā)射和接收，這一功能主要由超聲傳感器來實(shí)現(xiàn)。超聲傳感器主要由傳感器外殼、壓電晶片、前置電路、吸附用磁鐵以及輸出端子等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。超聲傳感器結(jié)構(gòu)傳感器的核心元件是壓電晶片，一般采用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷（PZT5）。這種壓電晶片具有較高的機(jī)電耦合常數(shù)，能有效地發(fā)射和接收超聲波。超聲傳感器的原理是基于壓電晶片的逆壓電效應(yīng)（承受電場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變）和壓電效應(yīng)（受到應(yīng)力在材料中產(chǎn)生電場(chǎng)）。用適當(dāng)?shù)陌l(fā)射電路可以將電能施加到壓電晶片上使其作機(jī)械振動(dòng)而發(fā)射超聲波（逆壓電效應(yīng)）；反之，超聲波作用于傳感器的壓電晶片，由壓電晶片將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（壓電效應(yīng)），再經(jīng)前置電路中的帶通濾波器濾波和放大器放大，對(duì)壓電晶片輸出的微弱電信號(hào)就近進(jìn)行放大處理，以提高超聲傳感器的信噪比，同時(shí)有效地解決超聲傳感器與檢測(cè)儀器信號(hào)匹配的問題。局部放電是在電場(chǎng)作用下，絕緣體中只有局部區(qū)域發(fā)生的、尚未貫穿于施加電壓的導(dǎo)體之間放電現(xiàn)象。大型電力變壓器中，對(duì)局部放電量的測(cè)量是檢測(cè)變壓器絕緣特性的有效方法。測(cè)量局部放電量同時(shí)準(zhǔn)確判斷局部放電點(diǎn)的位置，有利于對(duì)變壓器絕緣缺陷的發(fā)現(xiàn)和及時(shí)維修。大型變壓器絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生的局部放電現(xiàn)象通常采用測(cè)量局放產(chǎn)生的電脈沖或者檢測(cè)局放現(xiàn)象產(chǎn)生的溶解于變壓器油中的化學(xué)裂解產(chǎn)物來判斷。同時(shí)，局部放電發(fā)生時(shí)，必然伴隨超聲波信號(hào)發(fā)射，即所謂超聲發(fā)射。由文獻(xiàn)［5］可知，大型變壓器局部放電時(shí)發(fā)射的超聲波信號(hào)的頻譜分布約為60300khz，其中心頻率約為90khz。通過檢測(cè)此超聲波信號(hào)可實(shí)現(xiàn)局部放電量的測(cè)量及定位。需要特別指出的是，盡管目前超聲傳感器的輸出信號(hào)與局部放電量在數(shù)值上還不成比例關(guān)系，但是傳感器的輸出信號(hào)的幅值仍然可以定性的反映出局部放電量的大小及其突變情況。此外，局部放電超聲定位方法簡(jiǎn)述如下：將超聲波傳感器分別安裝在變壓器油箱外殼的不同位置上，并在變壓器外殼接地線上接入電流傳感器；當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，安裝在變壓器油箱外殼上的超聲波傳感器接收到局部放電點(diǎn)發(fā)射的超聲波信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。經(jīng)運(yùn)算處理后與設(shè)定值比較，即可判定變壓器正常與否。通過多個(gè)超聲傳感器測(cè)得的局部放電的超聲波信號(hào)，由計(jì)算機(jī)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)球面定位法、雙曲面定位法以及多點(diǎn)放電定位法計(jì)算出放電點(diǎn)的位。由于用于電力變壓器局部放電超聲定位系統(tǒng)的超聲傳感器的性能指標(biāo)直接影響定位的結(jié)果，因此，必須嚴(yán)格選擇超聲傳感器的頻帶寬度、靈敏度、增益以及信噪比等特性，例如文獻(xiàn)[6］選用01（高頻段超聲傳感器）。此外，超聲波在電力變壓器內(nèi)部傳播途徑及媒介和溫度對(duì)定位結(jié)果的影響是一個(gè)十分復(fù)雜的問題，有待于進(jìn)一步深入研究。真空開關(guān)（真空斷路器、真空接觸器和真空負(fù)荷開關(guān)等）以高真空作為滅弧介質(zhì)和絕緣介質(zhì)，其觸頭與滅弧系統(tǒng)簡(jiǎn)單，具有使用壽命長(zhǎng)、檢修間隔時(shí)間長(zhǎng)、易于維護(hù)、適合頻繁操作、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。但是，當(dāng)其真空度降低后，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在帶負(fù)荷拉閘時(shí)，由于不能滅弧很可能會(huì)發(fā)生爆炸，造成大面積停電，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和現(xiàn)場(chǎng)人員生命安全。因此，目前迫切需要一種適合于現(xiàn)場(chǎng)使用的真空開關(guān)真空度檢測(cè)裝置。常見的電壓檢測(cè)、放電電流檢測(cè)、放電干擾檢測(cè)、中間電位變化檢測(cè)、直接檢測(cè)（用離子泵磁控元件傳感器），包括外殼玻璃內(nèi)壁表面的鋇吸氣計(jì)顏色變化粗略判定［!］等方法尚不能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。通常要求真空滅弧室內(nèi)真空度高于5*106Pa，一般在107~109Pa之間。當(dāng)真空度符合要求時(shí)，其電極與中間保護(hù)屏之間有足夠的絕緣強(qiáng)度，不會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象；而真空度嚴(yán)重降低時(shí)（低于10E5Pa），真空滅弧室內(nèi)電極與中間保護(hù)屏之間會(huì)發(fā)生連續(xù)擊穿或持續(xù)放電］。在此擊穿或放電的過程中，必然伴隨著發(fā)光、發(fā)熱以及發(fā)聲等物理現(xiàn)象。檢測(cè)擊穿或放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)真空度的檢測(cè)。真空開關(guān)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)原理示意圖如圖*所示Schematic diagram of the vacuum breaker structure and its detecting principle當(dāng)其真空度降低時(shí)，系統(tǒng)電壓通過電極與中間保護(hù)屏之間發(fā)生放電現(xiàn)象，產(chǎn)生超聲波。與真空開關(guān)外殼緊密接觸的超聲傳感器感受到超聲信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)送至檢測(cè)儀器。通過輸出電路輸出接點(diǎn)信號(hào)送至控制室報(bào)警，提示值班人員采取相應(yīng)處理措施。該檢測(cè)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)裝置與真空開關(guān)之間無電氣聯(lián)接，且操作人員不需接近真空開關(guān)，安全性好；無需停電操作；可巡回檢測(cè)變電站真空開關(guān)，易于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)診斷。電力變壓器在運(yùn)輸或系統(tǒng)故障等情況下，通常會(huì)受到較大的外力沖擊，使其繞組發(fā)生位移或變形。其結(jié)果可能會(huì)使繞組絕緣損傷，引起變壓器故障，進(jìn)而威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。圖amp。 為電力變壓器繞組變形超聲檢測(cè)裝置的電氣原理框圖。電氣原理框圖檢測(cè)裝置的工作原理如下：將超聲傳感器置于變壓器油箱外側(cè)，用高壓電脈沖激勵(lì)傳感器中的壓電晶片發(fā)射超聲波；該超聲波穿過變壓器箱體鋼板，進(jìn)入變壓器，在油與繞組的交界面處發(fā)生反射后返回超聲傳感器；傳感器接收到該反射超聲信號(hào)，再將其轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。此電脈沖信號(hào)經(jīng)上述電路處理，即可在示波器熒屏上顯示出發(fā)射超聲脈沖波和反射超聲脈沖波隨時(shí)間變化的波形，供操作人員進(jìn)行監(jiān)視診斷。檢波電路輸出的另一路信號(hào)經(jīng)放大整形，再由脈沖’ 方波變換電路將其轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)。此方波的寬度對(duì)應(yīng)超聲波在變壓器油箱外殼與繞組表面之間傳播往返所用的時(shí)間。方波信號(hào)經(jīng)接口電路送至單片機(jī)，由單片機(jī)根據(jù)發(fā)射波和對(duì)應(yīng)的反射波在箱體表面與繞組之間總的傳播時(shí)間和超聲波在油中已知的傳播速度即可計(jì)算出該繞組與箱體表面的實(shí)測(cè)距離L. 式中L為油箱外殼與繞組表面之間的實(shí)際測(cè)量距離；c為超聲波在油中傳播速度；t為發(fā)射波和對(duì)應(yīng)的反射波在箱體表面與繞組之間總的傳播時(shí)間。繞組變形檢測(cè)的具體步驟如下：首先將超聲傳感器輻射面涂上耦合劑（如黃油等），保持傳感器與模擬變壓器油箱表面緊密接觸，以繞組上端為起始位置沿縱向緩慢等間隔向下移，每移動(dòng)一個(gè)間隔就測(cè)量一次，直至沿縱向測(cè)完一條線；然后將傳感器沿水平方向移動(dòng)一個(gè)間隔，再沿縱向從繞組上端向下慢慢移動(dòng)并逐點(diǎn)測(cè)量完縱向各點(diǎn)；依此類推，直至掃完繞組全部表面，即可獲得繞組表面各點(diǎn)相對(duì)于油箱體表面距離的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，可在顯示器上繪出繞組表面形狀展開的平面圖形。比較各點(diǎn)實(shí)測(cè)距離與變壓器出廠時(shí)各點(diǎn)初值，就可以得出繞組變形情況。圖) 給出了對(duì)一變壓器繞組模擬變形（人為使繞組縱向上若干餅線圈向內(nèi)凹陷發(fā)生變形）進(jìn)行檢測(cè)得出的結(jié)果，由圖可以清楚地看出繞組變形的部位（圖 中對(duì)應(yīng)的突出部分）及程度（線圈餅凹陷的幅度愈大，對(duì)應(yīng)的測(cè)量距離L愈大）。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種檢測(cè)方法的測(cè)量絕對(duì)誤差小于1mm，能準(zhǔn)確地檢測(cè)繞組變形程度及部位，且具有直觀性、能帶電操作。在進(jìn)一步研究完善后，將成為一種新型檢測(cè)手段。8 結(jié)束語隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和容量的不斷擴(kuò)大，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全運(yùn)行顯得越來越重要，對(duì)電氣設(shè)備的要求也越來越高。常見的大型電氣設(shè)備故障直接威脅著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，并且影響供電質(zhì)量。而解決這一問題最有效的手段就是對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)。超聲傳感技術(shù)綜合利用了新材料、微電子和微機(jī)械加工技術(shù)，與先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合后，不僅