根據(jù)超聲波檢測(cè)局部放電的原理，可知超聲波傳感器接收由局部放電產(chǎn)生的頻率高于20KHZ的信號(hào)，將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過一系列的處理后，得到表征局部放電的特征量，并基于特征量對(duì)絕緣缺陷的有無及嚴(yán)重程度進(jìn)行判斷。

超聲波傳感器（內(nèi)置超聲波傳感器或外置超聲波傳感器）接收超聲波信號(hào)后，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)一路經(jīng)過放大、dB值獲取等處理后交由單片機(jī)進(jìn)行后期的分析與診斷，實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)診斷。另一路信號(hào)經(jīng)過放大、降頻、音量調(diào)節(jié)和功率放大處理得到人耳能夠識(shí)別的音頻信號(hào)，通過高保真耳機(jī)供操作人員監(jiān)聽。耳機(jī)中的信號(hào)的異常與否判斷局放狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人工輔助判斷。

測(cè)量電路原理流程如圖所示：

                                超聲波模式測(cè)量電路原理流程圖

1）傳感器：主要是完成超聲波信號(hào)的采集功能，將采集到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，在傳感器的選擇中，工作頻帶和靈敏度是兩個(gè)zui重要的指標(biāo)。雖然局部放電及其產(chǎn)生的聲波信號(hào)具有一定的隨機(jī)性，但它的被檢信號(hào)頻率分布范圍變化不大。因此傳感器必須頻帶較大，不會(huì)使信號(hào)混疊，且?guī)缀纬叽缧∮诼暡úㄩL(zhǎng)。通常選用傳感器的中心頻率為40KHz，通頻帶為3KHz。靈敏度為一65dbMIN。另外內(nèi)置超聲波傳感器或外置超聲波傳感器的信號(hào)輸入通過電壓比較器來進(jìn)行區(qū)分與選擇。

2）前置放大：由于傳感器接受到的信號(hào)過于微弱，不能直接進(jìn)入信號(hào)處理電路，因此在傳感器后增加前置放大電路。根據(jù)采集到的超聲波電壓信號(hào)特征以及后續(xù)處理電路的處理要求，前置放大電路必須要采用高精度低噪聲的音頻運(yùn)算放大器，能夠把信號(hào)提升至mV級(jí)以上。綜合考慮信噪比以及電路處理要求，前置放大倍數(shù)確定為1000倍（60dB）。前置放大倍數(shù)通常為1000倍以上。

3）主放選擇放大倍數(shù)：由于開關(guān)柜局放源的程度不同，所產(chǎn)生超聲波幅值亦不同。對(duì)于幅值大小跨度較大的超聲波信號(hào)（-30-68dB），同時(shí)注意到放大電路會(huì)存在飽和溢出的問題，因此需要將信號(hào)根據(jù)幅值劃分成三個(gè)不同的區(qū)域分別進(jìn)行針對(duì)性放大處理。劃分的三個(gè)區(qū)域分別為:-30dB-28dB，28dB-48dB，48dB-68dB，三路分別對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)為100000倍，10000倍和1000倍。除1000倍的路放大在前置放大電路中實(shí)現(xiàn)外，其它兩路均采用雙路低噪聲運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。三種放大倍數(shù)通過CPU控制模擬多路選擇開關(guān)進(jìn)行配置后進(jìn)入后續(xù)處理。

4）dB值獲取：為了讀取更加穩(wěn)定的dB值，經(jīng)過放大后的超聲波信號(hào)，送入到一個(gè)均方根直流轉(zhuǎn)換芯片中，將幾個(gè)周期的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓，該直流電壓信號(hào)直接反映dB值大小，只需通過簡(jiǎn)單AD轉(zhuǎn)換，即可獲取dB值。

5）單片機(jī)后期處理：單片機(jī)獲取dB值后，統(tǒng)計(jì)60S內(nèi)的局部放電的嚴(yán)重程度，并在液晶顯示屏上以紅黃綠三種顏色柱狀直觀顯示測(cè)量到的dB值是處于兩個(gè)閥值劃分的三個(gè)區(qū)域中的那個(gè)區(qū)域（紅色表示超出上限閥值，黃色表示處于上、下限閥值之間，而綠色則表示處于下限閥值以下）。同時(shí)在液晶屏右方顯示即時(shí)測(cè)量到的超聲波局部放電嚴(yán)重程度（dB值）及危險(xiǎn)值（紅色）所占的比例，并將其通過3G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云平臺(tái)上，依據(jù)云平臺(tái)上數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，可初步判定開關(guān)柜是否發(fā)生局放，并把結(jié)果返回到手持設(shè)備中并通過LCD顯示給工作人員查閱。

6）放大：前置放大后的信號(hào)，通過一個(gè)放大倍數(shù)恒定的低噪聲放大電路后進(jìn)入混頻電路。

7）降頻：由于超聲波信號(hào)不能直接被人耳識(shí)別，所以傳感器接收到的超聲波信號(hào)必須通過降頻處理。降頻原理是通過一個(gè)恒定頻率的正弦波與檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行混頻。混頻后的信號(hào)包括低頻部分與高頻部分，經(jīng)過濾波后保留低頻部分，該信號(hào)即可被人耳識(shí)別。本設(shè)計(jì)中采用CPU控制產(chǎn)生38.6K的PWM信號(hào)與測(cè)量到的超聲波信號(hào)進(jìn)行混頻。

8）音量調(diào)節(jié)：音量調(diào)節(jié)電路由數(shù)字電位器構(gòu)成，CPU通過控制數(shù)字電位器的阻值來實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)幅度的更改。

9）功率放大：功率放大電路由音頻放大芯片構(gòu)成，對(duì)混頻后的低頻信號(hào)進(jìn)行功率放大即可輸送到耳機(jī)，為人耳感知。