根據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，將超聲波信號轉換為電信號，經(jīng)過(guò)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(wú)及嚴重程度進(jìn)行判斷。

超聲波傳感器（內置超聲波傳感器或外置超聲波傳感器）接收超聲波信號后，轉換為電信號一路經(jīng)過(guò)放大、dB值獲取等處理后交由單片機進(jìn)行后期的分析與診斷，實(shí)現專(zhuān)家系統診斷。另一路信號經(jīng)過(guò)放大、降頻、音量調節和功率放大處理得到人耳能夠識別的音頻信號，通過(guò)高保真耳機供操作人員監聽(tīng)。耳機中的信號的異常與否判斷局放狀態(tài)，實(shí)現人工輔助判斷。

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。雖然局部放電及其產(chǎn)生的聲波信號具有一定的隨機性，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(huì )使信號混疊，且幾何尺寸小于聲波波長(cháng)。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。另外內置超聲波傳感器或外置超聲波傳感器的信號輸入通過(guò)電壓比較器來(lái)進(jìn)行區分與選擇。

2）前置放大：由于傳感器接受到的信號過(guò)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。根據采集到的超聲波電壓信號特征以及后續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，前置放大倍數確定為1000倍（60dB）。前置放大倍數通常為1000倍以上。

3）主放選擇放大倍數：由于開(kāi)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(huì )存在飽和溢出的問(wèn)題，因此需要將信號根據幅值劃分成三個(gè)不同的區域分別進(jìn)行針對性放大處理。劃分的三個(gè)區域分別為:-30dB-28dB，28dB-48dB，48dB-68dB，三路分別對應的放大倍數為100000倍，10000倍和1000倍。除1000倍的路放大在前置放大電路中實(shí)現外，其它兩路均采用雙路低噪聲運算放大器實(shí)現。三種放大倍數通過(guò)CPU控制模擬多路選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行配置后進(jìn)入后續處理。

4）dB值獲?。簽榱俗x取更加穩定的dB值，經(jīng)過(guò)放大后的超聲波信號，送入到一個(gè)均方根直流轉換芯片中，將幾個(gè)周期的超聲波信號轉換為直流電壓，該直流電壓信號直接反映dB值大小，只需通過(guò)簡(jiǎn)單AD轉換，即可獲取dB值。

5）單片機后期處理：單片機獲取dB值后，統計60S內的局部放電的嚴重程度，并在液晶顯示屏上以紅黃綠三種顏色柱狀直觀(guān)顯示測量到的dB值是處于兩個(gè)閥值劃分的三個(gè)區域中的那個(gè)區域（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重程度（dB值）及危險值（紅色）所占的比例，并將其通過(guò)3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到云平臺上，依據云平臺上數據庫對測量的數據進(jìn)行特征分析，可初步判定開(kāi)關(guān)柜是否發(fā)生局放，并把結果返回到手持設備中并通過(guò)LCD顯示給工作人員查閱。

6）放大：前置放大后的信號，通過(guò)一個(gè)放大倍數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(guò)降頻處理。降頻原理是通過(guò)一個(gè)恒定頻率的正弦波與檢測信號進(jìn)行混頻?；祛l后的信號包括低頻部分與高頻部分，經(jīng)過(guò)濾波后保留低頻部分，該信號即可被人耳識別。本設計中采用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）音量調節：音量調節電路由數字電位器構成，CPU通過(guò)控制數字電位器的阻值來(lái)實(shí)現對信號幅度的更改。

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