摘要：电气设备出现非常规运行故障时并不容易被快速发现，并检测出维修重点。而借助超声传感技术则能够快速锁定故障类型，或者关键部件的损伤程度，因此能够加强电气设备故障检修效率。为此，本文介绍了超声传感技术的结构原理，同时提出超声传感技术针对电气设备故障的应用维度，以便为加强电气设备故障检修效率提供理论参考。
关键词：电气设备；故障检修；超声传感；应用路径
一、超声传感技术的结构原理概述
超声检测技术是利用超声波的发射和接收来完成电气设备故障检测的一种技术途径。在借助超声传感器的应用后，由传感器外壳、前置电路、吸附用磁铁、压电晶片、输出端子等构建了超声信号的深度覆盖，因此能够检测电气设备是否完成了常规运行。超声传感器核心元件由压电晶片构成，通常情况下需要选择PZT-5锆钛酸铅压电陶瓷材质，该材质对于压电晶片局部了更高的机电耦合常数，因此能够完成超声信号的接收与发射。其基本运行原理也是基于压电晶片在逆压电效应中的，以及压电效应的反馈信息收集。承受电场时其应变能力，及受到应力时的电场效果，是客观反映电气设备运行效率的评估指标。以发射电路对电能附加与压电晶片之上，便可以通过机械振动收集超声波反馈信息的逆压电效应。而借助超声波发射时在压电晶片中获得的压电效应，也可以令压电晶片转化为电信号，利用带通滤波器滤波，以及放大器的信号放大操作，便可以解析微弱电信号输出的最终结果，用于增强超声传感器的信噪比，以便分析电气设备是否达到了预期的信号匹配度，证明电气设备是否存在运行故障。
二、超声传感技术针对电气设备故障的应用维度
（一）便携式相控阵探伤仪
电气设备的体积应用领域各不相同，在部分特殊环境中应用频次最高的超声传感技术主要为便携式相控阵探伤仪。相控阵便携检测仪的体积相对较小，通道配置通常为64x64cm以下，专为现场检测电气设备而设计，集成了常规超声探伤技术，以及相控阵技术为一体。能够在软件界面操作中校正，而且也具备了坚固便携的适应性。因此，其适用领域延伸至航空航天，能源化工等现代高科技电气设备的故障检测方向，是超声传感技术针对电气设备故障的主要应用方向之一。高端相控阵探伤软件的特点在于发挥了超声传感技术的多级操作权限， 实时A扫、B扫、C扫、S扫、TFM成像和3D成像显示的基础功能，可以为电气设备故障检修提供多种检测模式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆诸如：TFM实时全聚焦、脉冲回波、DDF和专家检测模式、以及TOFD检测模式等等，最大限度的开发了故障检修方案的校准导向功能，而且能够自主生成检测报告，对于后期评估电气设备故障机制和原理具有较高的应用价值。
（二）FLIR 红外热像仪与着色渗透探伤
FLIR 红外热像仪的超声传感技术特点在于提供了热像技术和数码分辨率的成像机制，有助于加强电气故障检测的直观数据判断效果。 FLIR 红外热像仪的普遍像素可以达到76,800像素，分辨率为320×240，是FLIR系列在热图像分辨率超声传感技术中的应用优势。对于检测设备运行的温度具有较高的应用价值，不仅能够发现当前设备运行状态的测温精度，同时能够快速扫描到电气设备的安全隐患。因此，红外热像仪与超声传感技术的合并运用，也是一种检测电气故障的便捷方式，更加适用于针对电气设备运行温度稳定性的故障排查。此外，美国磁通公司设计的着色渗透探伤传感技术，能够将着色剂附加于电气设备核心部位，通过超声信号的回收了解设备内部工件是否存在损耗。因此，能够快速发现由于电气设备内部构件损耗而造成的故障类型，在配合使用显像剂之后，更加便于描述关键部件的损伤程度，是加强超声传感技术在电气设备故障检修效果的主要应用路径。
（三）非接触空气耦合超声波探伤技术
非接触空气耦合超声波探伤技术是由Japan Probe株式会社研制的超声传感技术，能够扫描电气设备多点运行状态，借助空气耦合传感器的50kHz～3MHz频率，增强超声传感信号的应用效率。其核心装置仍然为超声波发射接收器，同时附加了数据处理装置、空气耦合探头、前置增幅器、系统协调结构模块、PC终端操作。其应用路径主要为针对CFRP、GFRP等复合材料的电气设备故障检查，而且适应材质更为广泛，主要为：金属、木材、玻璃、陶瓷，类似零部件在汽车零件中的应用比例较高，而针对锂离子电池的检查也可以作为辅助性的参考数据。其超声技术的传感器设置为矩形脉冲、脉冲串、线性调频脉冲等，主要为模拟滤波或数值滤波的参考值，脉冲电压最高可达到600V，接收和发射频率均可达到300Hz〜10MHz。能够快速表示断面图及回波高的包络线，可在光标指定范围内连动扫描，从而在不同维度展现电气设备的故障问题。是由光标指定范围所提供的超声传感技术锁定，对于精密电气设备的检查效果更强。
参考文献：
[1]李晓敏,高妍,王宇,靳宝全,张红娟,王东.基于光纤传感技术的局部放电超声信号检测方法研究[J].传感技术学报,2017,30(11):1619-1624.
[2]王伟,王赞,吴延坤,杜家振,李富平.用于油中局部放电检测的Fabry-Perot光纤超声传感技术[J].高电压技术,2014,40(03):814-821.
论文作者:张博丽
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/12
标签：超声论文; 电气设备论文; 技术论文; 故障论文; 晶片论文; 相控阵论文; 压电效应论文; 《电力设备》2018年第13期论文;