壓電式傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種壓電式傳感器，包括壓電換能器和固定裝置，其中，固定裝置設(shè)置有凹槽，壓電換能器的下部設(shè)在凹槽內(nèi)，壓電換能器上部凸出于固定裝置的外表面，壓電換能器的上部設(shè)置有用于與GIS外壁貼合的貼合面，從而在使用時可選用具有與GIS外壁可緊密貼合的貼合面的壓電換能器，將該壓電換能器嵌入固定裝置之后，再將固定裝置固定在GIS外壁表面即可實現(xiàn)對其內(nèi)部放電的檢測和準確定位，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的壓電式傳感器僅適用于GIS外壁為平面的情況下，靈活性差的技術(shù)問題。
【專利說明】壓電式傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測技術(shù)，尤其涉及一種壓電式傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]局部放電是氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(Gas Insulated Switchgear, GIS)中局部區(qū)域內(nèi)發(fā)生的放電現(xiàn)象，如果局部放電長期存在，將會造成絕緣的破壞，從而導致GIS內(nèi)部發(fā)生貫穿性擊穿。目前通過在GIS外壁安裝壓電式傳感器，能夠在GIS運行中實現(xiàn)利用壓電式傳感器采集GIS內(nèi)部的聲信號，進而實現(xiàn)對其內(nèi)部放電的檢測和準確定位，及時發(fā)現(xiàn)GIS隱患ο
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，壓電式傳感器中的壓電換能器與GIS外壁的接觸面通常為平面型，需要GIS的外壁具有可與該接觸面緊密貼合的區(qū)域，才能使得壓電式傳感器能夠接收到穩(wěn)定的聲信號。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的壓電式傳感器僅適用于GIS外壁為平面的情況下，靈活性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種壓電式傳感器，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的壓電式傳感器僅適用于于GIS外壁為平面的情況下，靈活性差的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明的第一個方面是提供一種壓電式傳感器，包括:
[0006]壓電換能器和固定裝置；
[0007]所述固定裝置設(shè)置有凹槽，所述壓電換能器的下部設(shè)在所述凹槽內(nèi)，所述壓電換能器上部凸出于所述固定裝置的外表面；
[0008]所述壓電換能器的上部設(shè)置有用于與GIS外壁貼合的貼合面。
[0009]如上所述的壓電式傳感器，所述固定裝置上還設(shè)置有用于連接所述GIS的連接機構(gòu)。
[0010]如上所述的壓電式傳感器，所述連接機構(gòu)包括至少兩個磁鐵，所述磁鐵分別設(shè)置于所述凹槽兩側(cè)，所述磁鐵一端與所述固定裝置吸合，所述磁鐵另一端用于與所述GIS的外壁吸合。
[0011]如上所述的壓電式傳感器，所述磁鐵與所述GIS吸合的表面為凹弧面。
[0012]如上所述的壓電式傳感器，所述貼合面為凹弧面。
[0013]如上所述的壓電式傳感器，所述壓電換能器包括外殼、壓電陶瓷、吸聲背襯和匹配層；所述壓電陶瓷、吸聲背襯和匹配層設(shè)置于所述外殼內(nèi)部；所述壓電陶瓷設(shè)置于所述吸聲背襯和所述匹配層之間。
[0014]如上所述的壓電式傳感器，所述凹槽為階梯槽，所述壓電換能器嵌入所述凹槽的一端為凸臺，所述凸臺與所述階梯槽的形狀匹配。
[0015]如上所述的壓電式傳感器，所述壓電陶瓷的材料為鈦酸鉛陶瓷；所述吸聲背襯的材料為復合材料，所述復合材料包括鎢粉和環(huán)氧樹脂；所述匹配層包括相互貼合的石英單晶層和硅橡膠層。
[0016]如上所述的壓電式傳感器，所述固定裝置的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料。
[0017]本發(fā)明提供的壓電式傳感器，包括壓電換能器和固定裝置，其中，固定裝置設(shè)置有凹槽，壓電換能器的下部設(shè)在凹槽內(nèi)，壓電換能器上部凸出于固定裝置的外表面，壓電換能器的上部設(shè)置有用于與GIS外壁貼合的貼合面，從而在使用時可選用具有與GIS外壁可緊密貼合的貼合面的壓電換能器，將該壓電換能器嵌入固定裝置之后，再將固定裝置固定在GIS外壁表面即可實現(xiàn)對其內(nèi)部放電的檢測和準確定位，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的壓電式傳感器僅適用于GIS外壁為平面的情況下，靈活性差的技術(shù)問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一實施例提供的壓電式傳感器的剖面圖；
[0019]圖2為本發(fā)明實施例提供的壓電式傳感器中的壓電換能器的正視圖；
[0020]圖3A和圖3B為本發(fā)明實施例提供的另兩種壓電換能器的正視圖；
[0021]圖4A為本發(fā)明實施例提供的壓電式傳感器中的一種固定裝置的剖面圖；
[0022]圖4B為本發(fā)明實施例提供的壓電式傳感器中的另一種固定裝置的剖面圖；
[0023]圖5為本發(fā)明實施例提供的一種固定裝置的俯視圖；
[0024]圖6為本發(fā)明實施例提供的磁鐵的正視圖。
【具體實施方式】
[0025]圖1為本發(fā)明一實施例提供的壓電式傳感器的剖面圖，如圖1所示，本實施例所提供的壓電式傳感器包括壓電換能器I和固定裝置2。壓電換能器I嵌入上述固定裝置2中。具體的，固定裝置2設(shè)置有凹槽，壓電換能器的下部設(shè)在凹槽內(nèi)，壓電換能器I上部凸出于固定裝置2的外表面。壓電換能器I的上部設(shè)置有用于與GIS外壁貼合的貼合面。
[0026]在實際應(yīng)用中，壓電換能器I可以為多個，從而不同的壓電換能器I設(shè)置有不同的用于與不同GIS外壁貼合的貼合面。
[0027]圖2為本發(fā)明實施例提供的壓電式傳感器中的壓電換能器的正視圖，該壓電換能器I用于嵌入上述固定裝置2，若GIS外壁為凸弧面，如圖2所示，壓電換能器I包括用于與GIS外壁貼合的貼合面11，以及設(shè)置于壓電換能器I下部的凸臺12，其中，壓電換能器I下部嵌入固定裝置2中。
[0028]例如:貼合面11為弧面，該弧面的曲率半徑為40mm，沿壓電換能器I的高度方向嵌入固定裝置2,壓電換能器I的長可為40mm,寬可為30mm。
[0029]需要說明的是，圖2中的貼合面11為凹弧面，從而該貼合面11與GIS外壁相匹配，以使壓電換能器I中的貼合面11與GIS外壁能夠緊密貼合。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，貼合面11不限于為凹弧面，圖3A和圖3B為本發(fā)明實施例提供的另兩種壓電換能器的正視圖，如圖3A和圖3B所示，若GIS外壁為平面或者其他形式曲面，則貼合面11相應(yīng)為平面或者其他形式曲面。
[0030]當GIS內(nèi)部的聲源位置距離邊角處較近時，為了更好的接收到聲信號，并對聲源進行準確定位，需要在GIS的邊角附近或者弧形外壁表面安裝本實施例中的壓電式傳感器，將壓電式傳感器中的壓電換能器I的貼合面11與GIS邊角部分或者弧形外壁緊密貼合，從而提高GIS內(nèi)部的聲源定位和檢測的準確性。因此，在實際應(yīng)用中，可根據(jù)壓電式傳感器的不同安裝位置，選用具有不同貼合面11的壓電換能器1，從而實現(xiàn)貼合面11與GIS外壁的緊密貼合。
[0031]進一步，壓電換能器包括外殼、壓電陶瓷、吸聲背襯和匹配層，上述貼合面11和凸臺12設(shè)置于外殼的表面，壓電陶瓷、吸聲背襯和匹配層設(shè)置于外殼內(nèi)部，其中，壓電陶瓷設(shè)置于吸聲背襯和匹配層之間。
[0032]進一步，吸聲背襯的材料為復合材料，該復合材料包括鎢粉和環(huán)氧樹脂。吸聲背襯的作用是用于吸收聲波，防止進入吸聲背襯中的聲波反射回到壓電換能器I中的壓電陣列，造成干擾，以及減少各壓電換能器之間的聲耦合。可采用以鎢粉和環(huán)氧樹脂作為主體的復合材料制作吸聲背襯，該復合材料的聲阻抗適中，可保證壓電換能器I的帶寬的同時，滿足一定的靈敏度。
[0033]進一步，匹配層包括相互貼合的石英單晶層和硅橡膠層。為了解決增加吸聲背襯所帶來的聲阻抗上升，進而導致的壓電換能器I靈敏度下降的問題，根據(jù)聲波在匹配層中的傳播特性，設(shè)置相互貼合的石英單晶層和硅橡膠層構(gòu)成該匹配層，從而使得該匹配層可以達到100?200KHZ的信號范圍。
[0034]進一步，壓電陶瓷的材料為鈦酸鉛陶瓷。壓電換能器I的材料選用鈦酸鉛，其頻率常數(shù)的理論值為2.1MHz._。由于鈦酸鉛陶瓷的居里點較高，因而適用于高溫環(huán)境工作，并且鈦酸鉛陶瓷的介電常數(shù)在所有壓電陶瓷材料中最小，又比壓電單晶大一個數(shù)量級，因此，具有中等的電阻抗，非常適合于作為壓電陶瓷的材料。
[0035]固定裝置2固定在GIS外壁表面，圖4Α為本發(fā)明實施例提供的壓電式傳感器中的一種固定裝置的剖面圖，如圖4Α所示，固定裝置2包括用于嵌入壓電換能器的凹槽21。
[0036]例如:固定裝置2為平板狀，凹槽21沿固定裝置2的高度方向設(shè)置，該凹槽21的深度根據(jù)壓電換能器I的高度進行設(shè)定，為了與圖1提供的壓電式傳感器中的壓電換能器匹配，可設(shè)置凹槽深度與壓電換能器I的高度相同，均為35mm，即凹槽21底部鏤空，壓電換能器I的信號傳輸線可從凹槽21底部穿出。固定裝置2的寬度為80mm，長度為120mm。
[0037]圖4B為本發(fā)明實施例提供的壓電式傳感器中的另一種固定裝置的剖面圖，如圖4B所示，若凹槽21底部非鏤空，可在凹槽底部設(shè)置用于穿出壓電換能器I的信號傳輸線的出線孔23。
[0038]進一步，通常GIS外壁為金屬材料，則固定裝置還包括用于與GIS外壁相固定的磁鐵22。
[0039]進一步，磁鐵的個數(shù)為兩個，該兩個磁鐵分別設(shè)置于凹槽21兩側(cè)。具體的，圖5為本發(fā)明實施例提供的一種固定裝置的俯視圖，如圖5所示，凹槽21設(shè)置于固定裝置2的中心，磁鐵22對稱設(shè)置于凹槽21兩側(cè)。
[0040]需要說明的是，圖5中的固定裝置與圖4A中的固定裝置相對應(yīng)。
[0041]進一步，磁鐵22與GIS吸合的表面為凹弧面，貼合面11也為凹弧面，兩者具有相同的曲率半徑，均等于GIS凸弧面的曲率半徑。
[0042]圖6為本發(fā)明實施例提供的磁鐵的正視圖，如圖6所示，當GIS外壁為凸弧面時，磁鐵22與GIS外壁相接觸面也為弧面，例如:磁鐵22與GIS吸合的表面為凹弧面，該凹弧面和貼合面11的曲率半徑均為40mm。[0043]進一步，固定裝置2的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料。為了避免電磁信號對壓電換能器輸出的電信號的干擾，不能選用金屬材料制作固定裝置2，另外，考慮到GIS大部分情況下處于露天環(huán)境，所選材料需能夠適應(yīng)外部環(huán)境晝夜溫濕度等條件的變化，以及惡劣天氣和空氣污染所帶來的酸堿鹽腐蝕，因此，可選用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(Acrylonitrile Butadiene Styrene plastic, ABS)制作該固定裝置。ABS 是一種硬質(zhì)塑料，同時具有一定的韌性，密度約為1.04-1.06g/cm3，正常工作溫度范圍是_25°C至60°C，其具有其耐油和抗酸、堿、鹽及化學試劑等良好性能，同時也可以在一定程度上耐受有機溶劑的溶解，并且具有很好的成型性，加工產(chǎn)品表面光潔，易于染色，可用機械、粘合等法進行二次加工。由于其綜合性能優(yōu)良，所以比較適宜作為固定裝置2的材料。
[0044]本實施例中的壓電式傳感器在使用時，需要先對壓電換能器I和固定裝置2進行安裝:將壓電換能器I嵌入固定裝置2的凹槽21中，將壓電換能器I的信號傳輸線從凹槽21底部設(shè)置的出線孔穿出，進而將固定裝置2耦合于GIS外壁，具體可通過磁鐵吸住GIS外壁。安裝完成后，即可進行檢測:信號傳輸線向多通道同步數(shù)據(jù)采集器傳輸用于檢測局部放電的電數(shù)據(jù)。
[0045]本實施例中的固定裝置從GIS外壁取下后，可方便地再次耦合到GIS外壁的其他測試位置，以進行再次檢測。因此，該壓電式傳感器攜帶方便，操作簡單，而且能夠即插即用。另外，當壓電換能器I損壞、與GIS側(cè)壁不匹配或者靈敏度降低時，可方便地進行更換，工程實用性強。
[0046]本實施例中的壓電式傳感器，包括壓電換能器和固定裝置，其中，固定裝置設(shè)置有凹槽，壓電換能器的下部設(shè)在凹槽內(nèi)，壓電換能器上部凸出于固定裝置的外表面，壓電換能器的上部設(shè)置有用于與GIS外壁貼合的貼合面，從而在使用時可選用具有與GIS外壁可緊密貼合的貼合面的壓電換能器，將該壓電換能器嵌入固定裝置之后，再將固定裝置固定在GIS外壁表面即可實現(xiàn)對其內(nèi)部放電的檢測和準確定位，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的壓電式傳感器僅適用于GIS外壁為平面的情況下，靈活性差的技術(shù)問題。
[0047]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解:實現(xiàn)上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括:R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。
[0048]最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電式傳感器，其特征在于，包括: 壓電換能器和固定裝置； 所述固定裝置設(shè)置有凹槽，所述壓電換能器的下部設(shè)在所述凹槽內(nèi)，所述壓電換能器上部凸出于所述固定裝置的外表面； 所述壓電換能器的上部設(shè)置有用于與Gis外壁貼合的貼合面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式傳感器，其特征在于，所述固定裝置上還設(shè)置有用于連接所述GIS的連接機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電式傳感器，其特征在于，所述連接機構(gòu)包括至少兩個磁鐵，所述磁鐵分別設(shè)置于所述凹槽兩側(cè)，所述磁鐵一端與所述固定裝置吸合，所述磁鐵另一端用于與所述GIS的外壁吸合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓電式傳感器，其特征在于，所述磁鐵與所述GIS吸合的表面為凹弧面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的壓電式傳感器，其特征在于，所述貼合面為凹弧面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的壓電式傳感器，其特征在于，所述壓電換能器包括外殼、壓電陶瓷、吸聲背襯和匹配層； 所述壓電陶瓷、吸聲背襯和匹配層設(shè)置于所述外殼內(nèi)部； 所述壓電陶瓷設(shè)置于所述吸聲背襯和所述匹配層之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的壓電式傳感器，其特征在于，所述凹槽為階梯槽，所述壓電換能器嵌入所述凹槽的下部設(shè)置有凸臺，所述凸臺與所述階梯槽的形狀匹配。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓電式傳感器，其特征在于，所述壓電陶瓷的材料為鈦酸鉛陶瓷；所述吸聲背襯的材料為復合材料，所述復合材料包括鎢粉和環(huán)氧樹脂；所述匹配層包括相互貼合的石英單晶層和硅橡膠層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的壓電式傳感器，其特征在于，所述固定裝置的材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料。
【文檔編號】G01H11/08GK103837227SQ201410108565
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】黃石磊, 蒲道杰 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司, 中科諾維(北京)科技有限公司