根據(jù)超聲波檢測局部放電的原理，可知超聲波傳感器接收由局部放電產(chǎn)生的頻率高于20KHZ的信號，將超聲波信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過一系列的處理后，得到表征局部放電的特征量，并基于特征量對絕緣缺陷的有無及嚴(yán)重程度進(jìn)行判斷。

超聲波傳感器（內(nèi)置超聲波傳感器或外置超聲波傳感器）接收超聲波信號后，轉(zhuǎn)換為電信號一路經(jīng)過放大、dB值獲取等處理后交由單片機(jī)進(jìn)行后期的分析與診斷，實(shí)現(xiàn)專家系統(tǒng)診斷。另一路信號經(jīng)過放大、降頻、音量調(diào)節(jié)和功率放大處理得到人耳能夠識別的音頻信號，通過高保真耳機(jī)供操作人員監(jiān)聽。耳機(jī)中的信號的異常與否判斷局放狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人工輔助判斷。

測量電路原理流程如圖所示：

                                超聲波模式測量電路原理流程圖

1）傳感器：主要是完成超聲波信號的采集功能，將采集到的超聲波信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，在傳感器的選擇中，工作頻帶和靈敏度是兩個(gè)zui重要的指標(biāo)。雖然局部放電及其產(chǎn)生的聲波信號具有一定的隨機(jī)性，但它的被檢信號頻率分布范圍變化不大。因此傳感器必須頻帶較大，不會使信號混疊，且?guī)缀纬叽缧∮诼暡úㄩL。通常選用傳感器的中心頻率為40KHz，通頻帶為3KHz。靈敏度為一65dbMIN。另外內(nèi)置超聲波傳感器或外置超聲波傳感器的信號輸入通過電壓比較器來進(jìn)行區(qū)分與選擇。

2）前置放大：由于傳感器接受到的信號過于微弱，不能直接進(jìn)入信號處理電路，因此在傳感器后增加前置放大電路。根據(jù)采集到的超聲波電壓信號特征以及后續(xù)處理電路的處理要求，前置放大電路必須要采用高精度低噪聲的音頻運(yùn)算放大器，能夠把信號提升至mV級以上。綜合考慮信噪比以及電路處理要求，前置放大倍數(shù)確定為1000倍（60dB）。前置放大倍數(shù)通常為1000倍以上。

3）主放選擇放大倍數(shù)：由于開關(guān)柜局放源的程度不同，所產(chǎn)生超聲波幅值亦不同。對于幅值大小跨度較大的超聲波信號（-30-68dB），同時(shí)注意到放大電路會存在飽和溢出的問題，因此需要將信號根據(jù)幅值劃分成三個(gè)不同的區(qū)域分別進(jìn)行針對性放大處理。劃分的三個(gè)區(qū)域分別為:-30dB-28dB，28dB-48dB，48dB-68dB，三路分別對應(yīng)的放大倍數(shù)為100000倍，10000倍和1000倍。除1000倍的路放大在前置放大電路中實(shí)現(xiàn)外，其它兩路均采用雙路低噪聲運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。三種放大倍數(shù)通過CPU控制模擬多路選擇開關(guān)進(jìn)行配置后進(jìn)入后續(xù)處理。

4）dB值獲取：為了讀取更加穩(wěn)定的dB值，經(jīng)過放大后的超聲波信號，送入到一個(gè)均方根直流轉(zhuǎn)換芯片中，將幾個(gè)周期的超聲波信號轉(zhuǎn)換為直流電壓，該直流電壓信號直接反映dB值大小，只需通過簡單AD轉(zhuǎn)換，即可獲取dB值。

5）單片機(jī)后期處理：單片機(jī)獲取dB值后，統(tǒng)計(jì)60S內(nèi)的局部放電的嚴(yán)重程度，并在液晶顯示屏上以紅黃綠三種顏色柱狀直觀顯示測量到的dB值是處于兩個(gè)閥值劃分的三個(gè)區(qū)域中的那個(gè)區(qū)域（紅色表示超出上限閥值，黃色表示處于上、下限閥值之間，而綠色則表示處于下限閥值以下）。同時(shí)在液晶屏右方顯示即時(shí)測量到的超聲波局部放電嚴(yán)重程度（dB值）及危險(xiǎn)值（紅色）所占的比例，并將其通過3G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到云平臺上，依據(jù)云平臺上數(shù)據(jù)庫對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析，可初步判定開關(guān)柜是否發(fā)生局放，并把結(jié)果返回到手持設(shè)備中并通過LCD顯示給工作人員查閱。

6）放大：前置放大后的信號，通過一個(gè)放大倍數(shù)恒定的低噪聲放大電路后進(jìn)入混頻電路。

7）降頻：由于超聲波信號不能直接被人耳識別，所以傳感器接收到的超聲波信號必須通過降頻處理。降頻原理是通過一個(gè)恒定頻率的正弦波與檢測信號進(jìn)行混頻。混頻后的信號包括低頻部分與高頻部分，經(jīng)過濾波后保留低頻部分，該信號即可被人耳識別。本設(shè)計(jì)中采用CPU控制產(chǎn)生38.6K的PWM信號與測量到的超聲波信號進(jìn)行混頻。

8）音量調(diào)節(jié)：音量調(diào)節(jié)電路由數(shù)字電位器構(gòu)成，CPU通過控制數(shù)字電位器的阻值來實(shí)現(xiàn)對信號幅度的更改。

9）功率放大：功率放大電路由音頻放大芯片構(gòu)成，對混頻后的低頻信號進(jìn)行功率放大即可輸送到耳機(jī)，為人耳感知。