压电陶瓷传感器的局部放电信号检测和信号处理.doc

压电陶瓷传感器的局部放电信号检测和信号处理KEE-JOE 1 SEONG-HWA建筑师、康、2、3 SUNG-HEE PARK1李KANG-WON LEE4及JONG-SUB电子与计算机工程的1School所领导的研究,国立大学,台北世新大学,台北世新大学,361-763、韩国2Dept.安全工程、Chungcheong的大学,Cheongwon,台北世新大学、韩国3Korea铁路研究所4R&D中心,EMD有限公司。Ipjang Myun Chungnam,Cheonan,韩国。2003年2月12日提交;2004年修订后的3月9日,2004年3月9日;接受摘要 局部放电(PD)在绝缘体或者缺陷导体表面发射声波，这些发射信号通过气体或者绝缘体传递。压电陶瓷传感器能够探测到20千赫到几百千赫之间的声波并转换成电信号。根据陶瓷材料或者在制造过程中的不同部件的各种组合从而可使压电陶瓷传感器要么具有宽共振波段要么具有局部共振波段，介绍了压电陶瓷传感器与0.95 PZT-0.05 PMNS压电性能,高产量、高Qm kp。它具有频率特性的局部共振频带,这样它可以应用到PD检测。我们已经实验证明了先前提出的压电陶瓷传感器的性能,通过与传统电气PD检测器相比较，定量分析比较PD检测器的-qmax和从该传感器的-vmax然而发现-n分布是一样的就传统的phase-resolved腹膜透析分析方法和先前提出的而言。关键词:局部放电、压电传感器、压电陶瓷1 介绍在运行许多高压设备的环境下，作为预击穿现象PD在实际击穿之前是一个好的报警信号，它能引起灯光，热，声波，电磁波和良好的电脉冲巨大的事故报警信号1。光，热，电波探测器已被用作良好的传感器，是受其他噪声源的影响，如电弧焊接电源开关和接触器等，而超声波传感器不是这样。在频率超过30千赫时，在腹膜透析过程中出现的干扰其他机电源的社区可以忽略。传统上，超声波传感器被称为声发射（AE）传感器2，3。一些研究建议即在介于30kHz和300 kHz的AE传感器是非常有效的，放电检测无任何干扰4。在本文中，我们不仅广泛应用压电陶瓷传感器作为一种声发射传感器,在50千赫的共振频率，而且也显示所提出的压电陶瓷的电和介电性能。并且，我们调查了PD现象产生的三种不同的电极结构,模拟真实的PD的来源和组成的信号处理电路适用于声发射传感器。- Vmax和- N的分布，提出了以比较为逐步解决局部放电使用（PRPD）分析的结果，如电气PD监测-最大尿流率和- N的分布。2 实验2.1 标本铅锆钛酸盐陶瓷（PZT）陶瓷广泛用于压电元件，是很有前途的电子传感器或设备材料。这些应用需要非常精确地控制压电和介电性能。特别是，压电陶瓷大功率压电元件是可取的具有较高类Qm，更高的Kp，d33的高和低的tan。声发射传感器的开发的组成是0.95PZT-0.05PMNS三元系统具有居里温度Tc=350。陶瓷和制造方法的几个特点，提出在参考文献5。因此，我们采用压电声发射传感器检测PD的现象并分析了在三个电极结构（针机，空气间隙，表面），如图1所示情况下的信号特征。图1 .电极的结构。将针从飞机上分离和15毫米从聚合物板材（厚度：2毫米）13毫米的低密度聚乙烯（LDPE）所示图1（a）及（b）分别。图1（c）是，在针尖上的高分子板材的表面放电检测位于情况。2.2 实验装置图2说明了检测和从三个普通冷藏条件下产生的局部放电电极结构加工实验装置。在图2所示的系统配置了根据测试（DUT）的，信号调理电路，数字存储示波器，以及computer.Signal调理电路装置由一个带通滤波器（30千赫，70千赫），其中不包括电磁干扰，在现有的高量程频率高于70 kHz或在低频率低于30千赫6，放大器和一个封装电路范围内的其它声音。从信号调理电路（SCC）的滤波和放大信号传输到数字存储示波器（泰克，2 GHz）和存储数据进入个人计算机的数据处理和配置-qmax(相位角maximumPDmagnitude),-vmax(相位angle-maximum传感器的输出电压相位angle-repetition)和-n率(PD)和时间域的分布。图2 实验装置。3。研究结果及讨论3.1。传感器的特点和它的反应使用这种压电0.95PZT-0.05PMNS陶瓷传感器，我们作出了磁盘类型AE传感器（直径：6毫米：12毫米，厚度）信号转换成电能的机械振动，研究了声波检测是在能力脉冲形状。机械压力下运行的磁盘表面的压电陶瓷是非常简单的结构造成的电位差十字的钙钛矿结构的位移的两面。关于声发射传感器，机电耦合系数金伯利进程，机械品质因数Qm和压电应变d33的压电陶瓷材料性能不断进行调查。图3（a）和（b）显示的物理特性取决于组成比金伯利进程的Zr.The最高和最低QM和d33的最高51的锆存在。而它们的值在表1描述制造AE传感器是由铁球（100克）freedrop冲击试验作为机械振动和冲击测试的结果显示在图4表1。压电性能的磁盘陶瓷传感器类型图3 压电特性的PZT- PMN的陶瓷。图4盘形声发射传感器输出波形。声发射传感器相当于系列或电阻（R），电感（L）和在电热元件电容（C）并联谐振电路。当机械冲动应用于声发射传感器，显示了电声发射传感器输出阻尼振动波形。但检测到的信号的频带很宽，由于噪声和低功耗频率的影响。我们用十个试件的声发射传感器在使用同样的材料同样的工艺生产。试验结果取得了几乎与中心频率为50千赫的相同频段和类似的灵敏度（0.7-0.8第V / N）的。3.2。传感器输出和信号调理图5（a）显示了通过测量脉冲序列传统的局部放电检测器（AVO的比德尔），其中在正半周期（0-180）的存在。图5（b）和（c）显示的脉冲序列的声发射传感器测量。(a) 局部放电信号检测器（比德尔）.10V/div.2ms/div(b) 过滤和放大声发射信号;1V/div.2ms/div（c）包膜声发射信号，低时间常数; 1V/div.2ms/div图5 PD监测信号和AE信号图6。信封电路相关（r =13 米中，C =3 pF的）。图5（b）和（c）说明了分别通过信号调理大多数噪音，连续淘汰，抑制电路中滤波和放大波形。但在图压电式声发射信号。5（b）是由双方的积极和消极的成分，这是来自不同的信号图。5（一），由于机械振动与反射信号。如图所示。5（b）项，过滤，放大的信号是脉冲波形产生积极和消极的振幅，成为图5（c）当我们只考虑了积极的组件。为了避免信号处理的复杂性并简化数据采集，包围在图6电路使用，这切断负脉冲信号，使得最终正脉冲的信封在信封的时间常数随电路的电阻（R）和电容（C）。我们一直固定为39s（=钢筋混凝土），使包膜声发射信号，以配合传统的局部放电检测仪。这个过程中声发射信号包络可以方便地配置的分布，- Vmax和- N3.3。声发射传感器信号比较与PD探测器信号图7-9显示之间的声发射信号与传统PD监测，从三电极结构，分别得到了比较。这些分布在100个测量和施加电压周期预处理在这两种针平面和电极的表面结构，从PD探测器和传感器压电式声发射信号的分布结果是类似的信号，因为有统计信号处理7，8检测预击穿现象足够的适用性除外- N的分布（a）- qmax和- N分布的信号从一个传统的局部放电检测仪（b）- Vmax和- N从声发射信号的传感器分布图7 声发射传感器之间和针局部放电检测器信号平面电极结构的比较在空气间隙电极结构，在- Q报表（五）max和- N的存在细微差别都提出传感器与传统PD监测。（a） - qmax和- N从传统的信号分布PD监测（b） - Vmax和- N从声发射信号的传感器分布图 8 在声发射传感器和空气中的局部放电检测器信号的之间比较间隙电极结构（a）- qmax和- N从传统的信号分布PD监测b（b）- Vmax和- N从声发射信号的传感器分布图9在声发射传感器和空气中的局部放电检测器信号的之间的表面结构的比较。4 结论该压电0.95PZT-0.05PMNS陶瓷传感器开发那里的压电式和介电性能金伯利进程= 59，d33分别=350pC/氮，类Qm=2400和居里温度Tc= 35三拟议的磁盘类型传感器用于检测声发射传感器与中心频率为50千赫PD的现象。此外，信号调理电路构造来处理来自声发射传感器的信号，它可以做的噪声抑制和信号放大的- Q报表（五）最大和100期间，可检测到的信号包膜信号信号- N的分布，是相对于传统的局部放电探测器的。从传感器的检测结果都足以预击穿现象除外只有空气间隙电极结构的情况下不过，拟议的声发射传感器仍然有效检测局部放电信号的各种应用。参考文献1 跳频克罗伊，在高压局部放电检测装备（巴特沃斯斯，1989年），第二卷 37。2 L.E. Lundgaard，符合IEEE荣马格，8（4），25（1992）。3 L.E. Lundgaard，符合IEEE荣马格，8（5），34（1992）。4 K.J.李廉和JS，铁电体，273，291