[发明专利]一种新型特高频-压电超声一体化传感装置及其应用

说明书

本发明公开了一种新型特高频‑压电超声一体化传感装置及其应用，属于放电检测技术领域。所述装置本体为叠层结构，包括：位于装置底部，用于接收超声波信号的压电陶瓷材料；位于压电陶瓷材料上表面中心，用于提高信号传输速度的低介电材料；位于压电陶瓷材料与低介电材料表面，用于接收电磁辐射脉冲信号，以及输出超声波和电磁辐射脉冲信号的第一金属电极材料和第二金属电极材料。所述现场实施方法通过改造设备可拆卸模块，将一体化传感装置固定于设备可拆卸模块，实现电力设备及航天器现场便捷的安装。

技术领域

本发明涉及放电检测技术领域，尤其涉及一种新型特高频-压电超声一体化传感装置及其应用。

背景技术

电力行业作为国民经济的基础产业、支柱产业、战略产业，电能与工业生产和日常生活息息相关，如何有效地保障电力设备安全稳定运行至关重要。局部放电是造成电力设备发生故障的重要原因，也是绝缘劣化的重要特征。因此有效地监测电力设备局部放电，并对存在缺陷的电力设备及时做出停电和检修安排，是保障设备安全稳定运行的关键。同时，我国航天航空技术的发展，越来越多的卫星、航天器被送入太空。然而，卫星、航天器在轨运行期间，会与太空环境中存在的大量高能粒子的等离子体互相作用，导致电荷在航天器表面沉积，使其带有一定电位，当航天器各表面绝对电势或表面与表面之间的差分电势达到阈值时，将产生静电放电。静电放电会造成材料表面性能下降，对设备造成损伤，同时静电放电产生的电磁辐射脉冲信号会干扰甚至破环航天器内部系统，造成不可逆转的损害。

电力设备发生局部放电与航天器发生静电放电时，会产生一系列声、光、电和机械振动等特征信号，针对不同信号均有相应的检测方法，目前国内外使用较多的是特高频检测法和超声波检测法。

特高频检测法是利用传感器检测电力设备局部放电与航天器静电放电过程中产生的电磁辐射脉冲信号，特高频检测法的检测频段为300MHz~3GHz，且特高频法具有灵敏度高、抗干扰能力强、易于实现在线监测等优点；在电力设备局部放电与航天器静电放电过程中会向外界辐射超声波信号，当超声波信号传递至天线传感器所在位置，会引起天线传感器内部的压电材料的震动，压电材料表面会产生电荷，该电荷信号便会经信号线传出，检测频段一般为20KHz~200KHz。

目前，国内外常用于检测局部放电或静电放电电磁辐射脉冲信号的特高频天线传感器有单极子和偶极子天线、贴片天线、对数周期天线等；超声波检测法也随着压电元件材料的带载特性提高，传感器灵敏度的增强而变得广泛起来。但上述检测所用到的传感单元功能有限，无法满足智能化运维的需求，且相关传感单元在电力设备以及航天器现场的实施较为繁琐，存在技术性缺陷。

专利CN 107623068 A申请了一种基于叉指电极结构柔性可拉伸压电纳米发电机及制备方法，通过将电极嵌入压电薄膜中，实现在振动信号的驱动下输出电压信号。但该专利所提及的传感单元设计并未涉及电力设备局部放电以及航天器静电放电的检测领域，且该专利也并未对放电产生电磁辐射脉冲信号的感知能力进行相关优化设计。

为了解决上述问题，本发明设计了一种新型特高频-压电超声一体化传感装置，引入低介电PI材料，将其嵌入压电陶瓷基底与金属电极之间，用于提高电磁辐射脉冲信号传输速度。并同时提供了一种该一体化传感装置在电力设备以及航天器现场的实施方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型特高频-压电超声一体化传感装置及其应用，以解决背景技术中提到的问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种新型特高频-压电超声一体化传感装置，该装置可置于电力设备或航天器金属外壳表面，实现同时检测局部放电或静电放电产生的电磁辐射脉冲信号和超声波信号，装置本体采用叠层结构设计，具体为：位于装置底部，用于接收超声波信号的压电陶瓷材料结构；位于装置底部材料表面中心，用于提高信号传输速度的低介电材料结构；位于压电陶瓷材料与低介电材料表面，用于接收电磁辐射脉冲信号，以及输出超声波和电磁辐射脉冲信号的第一金属电极结构和第二金属电极材料结构。