[发明专利]超声波传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别是一种输出差分信号的超声波传感器。

背景技术

高压电力设备内部，特别是气体绝缘组合电器设备(Gas Insulated Switchgear，GIS)存在绝缘缺陷，会导致局部放电。局部放电伴随着光、声、热等信号，可以通过多种方法进行检测。其中，以检测局部放电发出的声信号的超声波法在电力设备的局部放电检测中发挥着巨大的作用。然而，电力设备局部放电产生的超声波信号微弱；而且在电力设备内部传播时，存在极大的衰减的问题；再则，现场检测室外部环境会存在大量的低频信号干扰。因此，用于局部放电检测的超声波传感器要求灵敏度高、抗干扰能力强。

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。其核心是塑料或金属外壳中的一块压电晶片。交流电信号的激励可以使压电晶片产生同频率的机械振动，从而发射出超声波；或者是压电晶片在一定频率的超声波振动下产生相应频率的电信号，从而作为超声波的接收器。

目前，超声波传感器被用于多个领域，如超声波测距、探伤、流量测定。在不同领域，传感器的压电晶片的频率选择以及传感器尺寸结构上千差万别。而在局部放电检测领域，现有的超声波传感器多采用增加压电晶片厚度的方法来提高其灵敏度，其抗干扰主要通过金属外壳屏蔽来实现。这种技术方案导致现有的传感器的体积和重量都较大，而且抗干扰能力不足。传感器太重导致现场使用中不能方便安装在电力设备表面，抗干扰能力差导致背景噪声高，使传感器的灵敏度达不到要求。如图1所示，是现有技术中用于局部放电检测的超声波传感器的结构示意图，其包括壳体11和一块很厚的压电晶片12，传感器由壳体11的底面接收信号，压电晶片12的两极分别作为接地信号和传感器接收信号输出，其信号输出为单端信号。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种超声波传感器，可以用于GIS局部放电测试，以解决现有超声波传感器灵敏度不足、抗干扰能力弱、使用不方便的问题。

基于上述目的，本发明提供的超声波传感器包括壳体和位于所述壳体内的传感器组件，其中，所述传感器组件包括从下到上依次安装的第二压电晶片、第二电极片、绝缘片、第一电极片和第一压电晶片。

在本发明的一些实施例中，所述第一压电晶片和第二压电晶片的正负极方向相同。

在本发明的一些实施例中，所述第二压电晶片与第二电极片之间通过导电银胶粘接，所述第一电极片与第一压电晶片通过导电银胶粘接。

在本发明的一些实施例中，所述超声波传感器还包括位于壳体内的底座和上盖，所述底座位于第二压电晶片的下方，所述上盖位于第一压电晶片的上方，从而通过底座和上盖将所述传感器组件设置在底座和上盖之间。

在本发明的一些实施例中，所述底座和上盖的厚度相同，并且质量也相同；和/或，

所述底座的材料密度大于上盖的材料密度。

在本发明的一些实施例中，所述超声波组件还包括紧固螺栓，所述传感器组件中的各个部件的中心均开设有通孔，所述紧固螺栓依次穿过上盖、超声波组件中各个部件的通孔，并最终固定在底座上。

在本发明的一些实施例中，所述底座朝向第二压电晶片的表面凸起形成圆台，该圆台的直径与压电晶片、绝缘片、电极片以及上盖的直径均相同。

在本发明的一些实施例中，所述压电晶片，电极片和绝缘片均为圆环状，并且其外径均相同。

在本发明的一些实施例中，所述压电晶片的谐振频率为30-50kHz；和/或，所述压电晶片的外径为10-16mm；和/或，所述压电晶片的厚度为2-5mm。

在本发明的一些实施例中，所述超声波传感器还包括差分信号输出接头，所述第一电极片和第二电极片分别通过导线与差分信号输出接头的两路差分信号连接。

从上面所述可以看出，与现有技术相比，本发明提供的超声波传感器将两片压电晶片输出的信号作为差分信号的两个信号源，使传感器获得的信号幅值加倍，大大提高传感器的灵敏度，而且差分信号对于干扰信号的滤除，使其抗干扰能力也得到了同步提高。而且，本发明提供的超声波传感器的最大高度也只有近20mm，尺寸明显减小了，小尺寸传感器使其在测试现场的安装使用更加便捷。

附图说明

图1为现有技术中用于局部放电检测的超声波传感器的结构示意图；

图2为本发明一个实施例超声波传感器的结构示意图；

图3为本发明另一个实施例超声波传感器的结构示意图。

具体实施方式