[发明专利]一种用于绝缘子监测的太赫兹传感器芯片及绝缘子监测方法

说明书

本发明公开了一种用于绝缘子监测的太赫兹传感器芯片及绝缘子监测方法，对绝缘子陶瓷结构进行在线监测；其包括太赫兹发射电路、太赫兹接收电路、用于产生周期性波形的低频波形发生器和数据处理电路；太赫兹发射电路向绝缘子内部发射太赫兹信号，太赫兹接收电路接收来自绝缘子内部的反射信号，并将反射信号与发射的太赫兹信号进行混频，得到差频信号；对差频信号进行数字化，得到数字化后的差频信号；对数字化的差频信号进行频率信息提取，并根据下式计算得到绝缘子内部裂痕位置。

技术领域

本发明属于电力系统中绝缘子监测技术领域，具体涉及一种用于绝缘子监测的太赫兹传感器芯片及绝缘子监测方法。

背景技术

绝缘子设置在输电线上或变电站上实现电气绝缘和机械固定，但长期使用后，绝缘子内部会产生裂纹，为能及时发现裂纹，通常采用人工巡检的方式进行定期检测，具体方式为通过目测或其他手段进行外观检查，然而无法对内部裂纹进行可靠排查。

为了保障安全，将绝缘子更换周期设定为远低于绝缘子的使用寿命，进行大批量绝缘子更换，该方法虽然能避免内部产生裂纹的绝缘子继续使用，但是在更换下来的绝缘子中尚有大量内部没有裂纹的正常绝缘子，造成绝缘子的浪费。

发明内容

发明目的：为实现对绝缘子内部状态进行实时检测，本发明提出了一种用于绝缘子监测的太赫兹传感器芯片及绝缘子监测方法。

技术方案：一种用于绝缘子监测的太赫兹传感器芯片，包括：

太赫兹发射电路，用于向绝缘子内部发射太赫兹信号；

太赫兹接收电路，用于接收来自绝缘子内部的反射信号，并将反射信号与发射的太赫兹信号进行混频，得到差频信号；对差频信号进行数字化，得到数字化后的差频信号；

数据处理电路，用于对数字化的差频信号进行频率信息提取，基于频率信息，得到绝缘子内部裂痕位置。

进一步的，还包括用于产生周期性波形的低频波形发生器；

所述太赫兹发射电路包括依次连接的太赫兹压控振荡器、太赫兹放大器、太赫兹功分器和太赫兹发射天线；其中，所述低频波形发生器的输出端与太赫兹压控振荡器的电压控制端连接，所述太赫兹功分器的一路输出通过太赫兹发射天线进入绝缘子内部，太赫兹功分器的另一路输出进入太赫兹接收电路的太赫兹混频器的本振端口；

所述太赫兹接收电路包括依次连接的太赫兹接收天线、太赫兹低噪声放大器、太赫兹混频器、中频放大器和模数转换器；其中，所述太赫兹接收天线用于接收进入绝缘子内部遇到裂痕被反射的反射信号，该反射信号经太赫兹低噪声放大器放大后，进入太赫兹混频器的射频端口；

所述太赫兹混频器用于将来自射频端口的信号和来自本振端口的信号进行混频，产生差频信号；

所述差频信号依次进入中频放大器和模数转换器，得到数字化的差频信号；

所述数据处理电路用于对数字化的差频信号进行频率信息提取，得到绝缘子内部裂痕位置。

进一步的，所述裂痕位置为绝缘子内部裂痕到传感器的距离，根据下式计算得到裂痕位置：

其中，D表示传感器到裂痕的距离，dF表示差频频率，T表示低频波形发生器产生的波形周期，B表示太赫兹压控振荡器工作带宽，c表示电磁波在真空中的传播速度，ε_r表示材料的相对介电常数，μ_r表示材料的相对磁导率。

进一步的，所述太赫兹放大器包括晶体管和设置在晶体管的漏极和栅极之间的补偿电路；所述补偿电路为电容抵消电路。

进一步的，所述晶体管为共源结构或共射结构的晶体管。

进一步的，所述补偿电路包括电感或等效于电感的无源器件。