一种基于聚偏二氟乙烯薄膜的磁吸式电容探头制造技术

本发明专利技术公开了一种基于聚偏二氟乙烯薄膜的磁吸式电容探头，旨在提供一种信号耦合效率高的电容探头。其包括贴合于设备外壳表面的聚偏二氟乙烯薄膜，依次叠置于聚偏二氟乙烯薄膜表面的导电橡胶垫片、金属电极片及背板；所述背板上设置容置导电橡胶垫片及金属电极片的槽体；所述背板背离设备外壳的一侧设置用于吸附固定设备外壳的汝铁硼磁扣；所述聚偏二氟乙烯薄膜作为被测设备外壳与传感器之间的电容介质，耦合由局部放电电磁波所引起的对地暂态电压；采用汝铁硼磁扣形式的磁吸式贴合结构连接聚偏二氟乙烯薄膜与设备外壳；采用电阻和电容构成检出回路，根据后级放大器带宽范围选择合理的电阻、电容参数；电压信号采用同轴传输由电阻上电压信号引出。

A kind of magnetic absorption capacitance probe based on PVDF film

【技术实现步骤摘要】
一种基于聚偏二氟乙烯薄膜的磁吸式电容探头
本专利技术涉及电力设备状态监测和故障诊断设备
，尤其是涉及一种基于聚偏二氟乙烯薄膜的磁吸式电容探头。
技术介绍
开关柜、断路器、电缆等电力设备广泛应用于电网电能传输中，但其结构紧凑、内部单元较多、绝缘裕度较低，其绝缘损伤或老化概率较高。大多数绝缘缺陷可在高电场下表现为持续或间歇性的局部放电，从而加速设备绝缘系统的老化。因此，对局部放电的带电检测或在线监测是电力设备运行维护的重要技术手段，在供电部门和用电部门得到越来越广泛的应用，其中基于暂态地电压（或称地电波）原理的局部放电检测方法由于成本较低、配置灵活、对象广泛，尤其受到配电网系统运行维护人员的欢迎，是实用性高且较为常用的方法。但目前地电波检测所采用的电容型传感器的初始信号耦合效率较低，对设备内部放电量较小的微弱放电难以有效发现，并且当现场电磁干扰较强时，其灵敏度和信噪比时常难以满足测量要求。此外，传统的局部放电地电波传感器的耦合电容是利用电极片与设备腔体外壳之间的漆面或空气隙，形成具有一定电容量的介质间隙，但通过耦合效率计算可知，这种方式所形成的自然电容在耦合对地电压时效率有限，其主要原因是漆面或空气隙的介电常数较低，在1~3之间，因此需要通过增加传感器电极平板的面积来提高电容值，但这种方式同时会增加背景噪声的耦合途径，增大噪声阈值水平，总体而言对提高传感器的信噪比作用有限。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种信号耦合效率高、结构紧凑、使用方便的基于聚偏二氟乙烯薄膜的磁吸式电容探头。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于聚偏二氟乙烯薄膜的磁吸式电容探头，包括贴合于设备外壳表面的聚偏二氟乙烯薄膜，依次叠置于聚偏二氟乙烯薄膜表面的导电橡胶垫片、金属电极片及背板；所述背板上设置容置导电橡胶垫片及金属电极片的槽体；所述背板背离设备外壳的一侧设置用于吸附固定设备外壳的汝铁硼磁扣；所述聚偏二氟乙烯薄膜作为被测设备外壳与传感器之间的电容介质，耦合由局部放电电磁波所引起的对地暂态电压；采用汝铁硼磁扣形式的磁吸式贴合结构连接聚偏二氟乙烯薄膜与设备外壳；采用电阻和电容构成检出回路，根据后级放大器带宽范围选择合理的电阻、电容参数；电压信号采用同轴传输由电阻上电压信号引出。优选的是，所述聚偏二氟乙烯薄膜的相对介电参数为6~11，厚度为150μm至200μm，耦合区域选择面积为10~20cm2的圆形。优选的是，所述磁吸式贴合结构为设置在聚偏二氟乙烯薄膜背面盖板的钕铁硼槽扣。优选的是，所述检出回路具体为：耦合电容C3和电阻R1构成串联支路，滤波电容C2构成另一个串联支路，上述两个支路并联后与聚偏二氟乙烯薄膜C1串联，R1上的电压信号作为信号输出。优选的是，所述滤波电容C2、耦合电容C3和电阻R1的取值范围分别为：C2=1~10pF，C3=50~200pF，R1=0.6~10kΩ。优选的是，所述同轴传输采用50Ω或100阻抗的同轴屏蔽线作为信号传输介质，采用SMA或BNC接头与后级放大电路连接。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：本专利技术采用高介电常数的聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜材料替代电极片与设备腔体外壳之间的漆面或空气隙，从而成倍的增大有限耦合面积内的电容值，从耦合效率计算分析可知，当该电容值与阻抗回路电容值相比尽量大时，其耦合效率最优。同时，由于电容型传感器为电压输入型，因此阻抗回路外的耦合电容值增大不会对传感器的输出信号带宽产生影响，从而为后级的放大和滤波提供必要条件。此外，本专利技术为了保证聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜、被测设备外壳以及电极板之间紧密贴合，采用铝铁鹏和导电橡胶垫片相配合，实现了磁吸式的传感器结构。该传感器具有信号耦合效率高、结构紧凑、使用方便等优点，可应用于开关柜、断路器、电缆等设备的局部放电带电检测或在线监测。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜使用时的示意图；图2为磁吸式贴合结构的分解图；图3为检出回路的原理示意图；图4为同轴信号输出的原理示意图；图5为本专利技术具体实施例的测量结果图；图6为图5对应的伯德图；图中：聚偏二氟乙烯薄膜1，导电橡胶垫片2，金属电极片3，背板（塑料）4，钕铁硼槽扣5。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在以下描述中，为了清楚展示本专利技术的结构及工作方式，将以附图为基准，借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。一种基于聚偏二氟乙烯薄膜（PVDF）的磁吸式电容探头，其包括贴合于设备外壳表面的聚偏二氟乙烯薄膜，依次叠置于聚偏二氟乙烯薄膜表面的导电橡胶垫片、金属电极片及背板；所述背板上设置容置导电橡胶垫片及金属电极片的槽体；所述背板背离设备外壳的一侧设置用于吸附固定设备外壳的汝铁硼磁扣；所述聚偏二氟乙烯薄膜作为被测设备外壳与传感器之间的电容介质，耦合由局部放电电磁波所引起的对地暂态电压；采用汝铁硼磁扣形式的磁吸式贴合结构连接聚偏二氟乙烯薄膜与设备外壳；采用电阻和电容构成检出回路，根据后级放大器带宽范围选择合理的电阻、电容参数；采用同轴屏蔽线作为信号传输介质，采用SMA或BNC接头与后级放大电路连接。本实施例中，利用聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜作为被测设备外壳与传感器之间的电容介质（也称为薄膜电容），耦合由局部放电电磁波所引起的对地暂态电压；聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜的相对介电参数ε为6~11，厚度d为150μm至200μm，耦合区域选择面积S为10~20cm2的圆形，如附图1所示。本实施例中，采用磁吸式贴合结构保证聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜与设备外壳紧密贴合。采用导电橡胶薄片作为衬底，在导电橡胶薄片背面盖板放置钕铁硼槽扣，保证在聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜与被测设备外壳，以及聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜与导电橡胶之间紧密贴合，如附图2所示。本实施例中，在信号检出回路中，耦合电容C3和电阻R1构成串联支路，滤波电容C2构成另一个串联支路，上述两个支路并联后与聚偏二氟乙烯薄膜C1串联，R1上的电压信号作为信号输出。滤波电容C2、耦合电容C3和电阻R1的取值范围分别为：C2=1~10pF，C3=50~200pF，R1=0.6~10kΩ。检出回路原理如附图3所示。在此电路拓扑下，推导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于聚偏二氟乙烯薄膜的磁吸式电容探头，其特征在于：包括贴合于设备外壳表面的聚偏二氟乙烯薄膜，依次叠置于聚偏二氟乙烯薄膜表面的导电橡胶垫片、金属电极片及背板；所述背板上设置容置导电橡胶垫片及金属电极片的槽体；所述背板背离设备外壳的一侧设置用于吸附固定设备外壳的汝铁硼磁扣；所述聚偏二氟乙烯薄膜作为被测设备外壳与传感器之间的电容介质，耦合由局部放电电磁波所引起的对地暂态电压；采用汝铁硼磁扣形式的磁吸式贴合结构连接聚偏二氟乙烯薄膜与设备外壳；采用电阻和电容构成检出回路，根据后级放大器带宽范围选择合理的电阻、电容参数；电压信号采用同轴传输由电阻上电压信号引出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于聚偏二氟乙烯薄膜的磁吸式电容探头，其特征在于：包括贴合于设备外壳表面的聚偏二氟乙烯薄膜，依次叠置于聚偏二氟乙烯薄膜表面的导电橡胶垫片、金属电极片及背板；所述背板上设置容置导电橡胶垫片及金属电极片的槽体；所述背板背离设备外壳的一侧设置用于吸附固定设备外壳的汝铁硼磁扣；所述聚偏二氟乙烯薄膜作为被测设备外壳与传感器之间的电容介质，耦合由局部放电电磁波所引起的对地暂态电压；采用汝铁硼磁扣形式的磁吸式贴合结构连接聚偏二氟乙烯薄膜与设备外壳；采用电阻和电容构成检出回路，根据后级放大器带宽范围选择合理的电阻、电容参数；电压信号采用同轴传输由电阻上电压信号引出。


2.根据权利要求1所述基于聚偏二氟乙烯薄膜的磁吸式电容探头，其特征在于：所述聚偏二氟乙烯薄膜的相对介电参数为6~11，厚度为150μm至200μm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李凯恩，罗俊元，周善有，唐兴强，黄继盛，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司临沧供电局，
类型：发明
国别省市：云南;53