以部分放电发生的超声波信号为依据，通过对部分放电发生的超声波进行频谱剖析，得知低频段所包含的重量较为丰厚，因而选取了中心频率为40kHz的SR40M型压电转换设备作为该部分放电丈量体系的超声传感器；依据该传感器输出阻抗大、输出信号十分弱小的特色，规划了扩大电路，一起为了下降噪声，规划了相应的有源带通滤波电路，信号通过扩大滤波后得到了比较满意的成果。
运用有限元剖析软件建立了超声波屏蔽罩的仿真模型。仿真成果标明超声波屏蔽罩能大大下降外界搅扰信号对丈量的影响，进步了传感器的抗搅扰才能。
直流高压电源开关柜是配网中重要的电气设备，它的安全运转直接关系着供电的质量和可靠性。开关柜中绝缘介质的缺点和老化是要挟设备安全运转、形成事端的主要原因。据统计，在6-10kV开关柜事端中，有超越50%是因为绝缘失效引起的[1-4]。
许多实践标明，设备的部分放电水平跟本身的绝缘状况直接相关。绝缘失效越严峻对应的部分放电水平就越显着。因而可通过检测电气设备的部分放电水平间接地评估其绝缘状况。检测部分的原理主要有暂态对地电压（Transient EarthVoltage，TEV）法、超高频（ultra high frequency，UHF）法、超声波法等[5-7]。
暂态对地电压法具有灵敏度高的长处，但因为电磁波在柜体表面传播速度较快，简略呈现定位不精确的状况，而且该传感器抗电磁搅扰的才能较弱，给现场丈量形成了不小的应战。
超高频法因为频带的挑选性具有抗搅扰才能强的特色，但因为超高频法是依据射频法的原理，只能定性地剖析局放的强弱，约束了它的推行运用。而超声波法检测的是超声信号，因而关于电磁搅扰具有较强的抗搅扰才能。而且超声波在空气中传播速度较慢，这为开关柜中部分放电的精断定位供给了可能，有利于减小定位差错。因而运用超声波法检测部分放电放电强度及其放电点的方位具有重要的运用价值和意义。
现在，运用超声波有用检测电力设备内部部分放电的仪器不少，其间英国EA公司的Ultra TEV Plus声电联合检测仪是现在电力职业广泛运用的部分放电检测设备。尽管该设备具有必定的定位功能，可是定位不行精确。
国内的西安交通大学罗勇芬教授曾运用超声波检测和定位变压器内部的部分放电，取得了一些重大成果和名贵经历。运用超声波检测部分放电的便携式仪器也不少，可是这些仪器都仅仅定性的判别电力设备内部有无放点而没有定位功能，其精度、灵敏度和可操作性都有待进步。且开关柜的运转环境比较复杂，不仅有电磁搅扰还存在许多的机械振动等搅扰，而超声波法尽管关于电磁搅扰具有较强的抗搅扰才能，但关于机械振动比较灵敏。
归纳考虑以上各种因素，本文依据部分放电发生超声波的频谱范围，断定其能量主要集中在哪个频带内，并运用这一定论我们挑选适宜的超声传感器。规划了相应的信号预处理单元，对信号进行扩大和滤波。一起对所规划的超声波检测探头进行了抗搅扰研讨。
1 超声传感器的基本原理（略）
图1 超声传感器的内部结构图
2 超声波传感器的规划（略
3 抗搅扰研讨
因为开关柜的运转环境比较复杂，周围存在着许多的搅扰信号，且超声波传感器关于机械振动特别灵敏，因而有必要对超声波传感器的抗搅扰办法进行研讨[14-16]。
3.1 有源带通滤波器的规划
开关柜运转的环境周围存在许多搅扰信号，比如说用电器的发动和中止，需求有滤波电路进行滤波处理，使得噪音更小，因而本文规划了相应的滤波电路。传统的滤波器多选用无源滤波器，，其具有结构简略、价格低廉、运转可靠性高级长处，因而被广泛运用。然而，因为国内短少专门的研讨机构，集成工艺和资料工业远远跟不上现在电子通讯职业的需求。有源滤波器的滤波效果不会跟着频率的改变而改变。本文挑选了有源滤波器。
规划的有源滤波器如图7所示。该电路的长处在于仅仅增加了一个电阻就可以自由地设定电路增益，而且只需微调这个电阻，就能完成中心频率的调整而不会影响Q值。其间运算扩大器依然选用超低噪声运放器材OPA211，选用两级带通级联的方式，完成如图8所示的频域特性。
图7 有源滤波器原理图
将超声传感器、有源滤波器和扩大电路连接好今后都装进屏蔽壳中，以减小噪声，然后进行实际丈量，翻开电源后，如图9为信号扩大前与扩大后超声信号的比照图。从图中可以看出，其噪声在4mV以下，扩大滤波前的原始信号中简直看不到超声信号，因为这时显着超声信号被彻底淹没在了外部的噪声中。
而扩大滤波后的信号幅值能到达50mV的水平，而且可以明晰地分辨出超声探头检测到的部分放电信号，由此阐明所规划的带通滤波器可以到达扩大滤波的预期效果。
3.2 超声屏蔽罩的规划
因为超声探头是全方向性的，抗搅扰才能较弱，在背景噪声比较大的状况下，无法有用地进行丈量。为了进步超声探头的抗搅扰才能，，仿真规划了如图10所示的超声屏蔽罩。屏蔽外壳选用有机塑料，通过仿真进一步优化了超声探头罩的尺度。加装超声屏蔽罩前后，超声探头接收到从不同视点入射的超声波的声压散布分别如图11和图12所示。
从仿真成果可以看出，无论有无超声罩，正向入射时超声传感器接收到的信号最强。但无超声罩的超声波传感器表现出全向性的特色，跟着入射方向违背垂直入射方向视点的增大，传感器接收到的信号有所减弱，但并不显着。有超声罩时，传感器具有了必定的方向性，可以大大削弱违背正向入射的搅扰信号，进步了信噪比。
图12 有超声屏蔽罩时传感器上声压散布
为了验证屏蔽罩的效果，进行了如下比照试验：在试验室中将两个类型彻底相同的超声传感器对准开关柜的缝隙，其间一个传感器装置有规划的屏蔽罩，开关柜体内无放电，通过示波器调查输出信号的噪声水平。可以看到在周围没有显着嘈杂声的状况下，未装置超声屏蔽罩的其噪声水平现已到达了10mV，而装有超声屏蔽罩的传感器其噪声水平显着下降，大约在6mV，可以说屏蔽壳的效果适当显着。
4 定论
本文剖析了开关柜典型部分放电信号发生超声波的频带散布，并依据频带散布完成了超声探头的选型。因为超声传感器将声波信号转换成简略处理和显现的电信号十分弱小，不简略丈量和收集，有必要将其扩大后再进行信号收集作业，因而本文规划了超声传感器的前置扩大电路。
一起超声波检测时，周围存在许多的搅扰信号，为了进步丈量的精度和可靠性，本文对超声波检测下的抗搅扰进行了研讨。规划了相应的有源滤波电路和超声波屏蔽罩。
仿真和试验成果标明，通过滤波和加装屏蔽罩后传感器接收到的搅扰信号显著减小，进步了检测体系的抗搅扰才能。
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