根(gen)據(ju)超(chao)聲波(bo)檢測(ce)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)的(de)原理，可知(zhi)超(chao)聲波(bo)傳感器接(jie)收由局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)產生的(de)頻率高於20KHZ的(de)信號，將(jiang)超(chao)聲波(bo)信號轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)信號，經過壹(yi)系列的(de)處理後(hou)，得(de)到表征(zheng)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)的(de)特(te)征(zheng)量，並(bing)基(ji)於特(te)征(zheng)量對絕(jue)緣缺(que)陷(xian)的(de)有(you)無(wu)及(ji)嚴重程度(du)進行判(pan)斷(duan)。

超(chao)聲波(bo)傳感器（內置(zhi)超(chao)聲波(bo)傳感器或(huo)外(wai)置(zhi)超(chao)聲波(bo)傳感器）接(jie)收超(chao)聲波(bo)信號後(hou)，轉換(huan)為(wei)電(dian)信號壹(yi)路經過放(fang)大(da)、dB值(zhi)獲取等(deng)處理(li)後(hou)交由單片機進行後(hou)期的(de)分(fen)析(xi)與(yu)診(zhen)斷(duan)，實現專家(jia)系統(tong)診(zhen)斷(duan)。另(ling)壹(yi)路(lu)信號經過放(fang)大(da)、降(jiang)頻(pin)、音量調節(jie)和功率放(fang)大(da)處理(li)得(de)到人(ren)耳能夠(gou)識別的(de)音頻信號，通(tong)過高保真(zhen)耳(er)機供操作人(ren)員監(jian)聽。耳(er)機中的(de)信號的(de)異常(chang)與(yu)否(fou)判斷(duan)局(ju)放狀(zhuang)態，實現人工(gong)輔(fu)助判斷(duan)。

測(ce)量電路(lu)原理(li)流程如圖所(suo)示：

                                超(chao)聲波(bo)模式(shi)測(ce)量電路(lu)原理(li)流程圖

1）傳感器：主要(yao)是完成(cheng)超(chao)聲波(bo)信號的(de)采(cai)集(ji)功能，將(jiang)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)超(chao)聲波(bo)信號轉(zhuan)換(huan)為(wei)電(dian)壓(ya)信號，在傳感器的(de)選擇中，工(gong)作頻(pin)帶和靈(ling)敏(min)度(du)是兩個(ge)zui重要(yao)的(de)指標(biao)。雖然(ran)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)及(ji)其(qi)產生的(de)聲波信號具有(you)壹(yi)定(ding)的(de)隨機性(xing)，但它的(de)被檢(jian)信號頻(pin)率分(fen)布範圍(wei)變化(hua)不大(da)。因(yin)此傳感器必須頻帶較(jiao)大，不(bu)會(hui)使信號混疊，且幾(ji)何尺寸(cun)小於聲(sheng)波(bo)波長(chang)。通常(chang)選用傳感器的(de)中心(xin)頻(pin)率為(wei)40KHz，通(tong)頻(pin)帶為(wei)3KHz。靈(ling)敏(min)度(du)為(wei)壹(yi)65dbMIN。另(ling)外(wai)內置(zhi)超(chao)聲波(bo)傳感器或(huo)外(wai)置(zhi)超(chao)聲波(bo)傳感器的(de)信號輸(shu)入通過(guo)電(dian)壓(ya)比(bi)較器來(lai)進行區(qu)分(fen)與(yu)選擇。

2）前置(zhi)放(fang)大(da)：由於傳感器接(jie)受到(dao)的(de)信號過(guo)於微(wei)弱(ruo)，不能直(zhi)接(jie)進入信號處(chu)理電(dian)路(lu)，因(yin)此在傳感器後(hou)增(zeng)加前(qian)置(zhi)放(fang)大(da)電路(lu)。根(gen)據(ju)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)超(chao)聲波(bo)電壓信號特(te)征(zheng)以及(ji)後(hou)續處理電(dian)路(lu)的(de)處理要(yao)求(qiu)，前置(zhi)放(fang)大(da)電路(lu)必(bi)須要(yao)采(cai)用高精度(du)低(di)噪(zao)聲(sheng)的(de)音頻運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器，能夠(gou)把信號提升至mV級以上。綜(zong)合考慮(lv)信噪比(bi)以及(ji)電路處理(li)要(yao)求(qiu)，前置(zhi)放(fang)大(da)倍數(shu)確(que)定(ding)為(wei)1000倍(bei)（60dB）。前(qian)置(zhi)放(fang)大(da)倍數(shu)通常(chang)為(wei)1000倍(bei)以上。

3）主(zhu)放(fang)選(xuan)擇放大(da)倍(bei)數(shu)：由於開(kai)關(guan)櫃局(ju)放源的(de)程度(du)不(bu)同(tong)，所(suo)產生超(chao)聲波(bo)幅值亦(yi)不(bu)同(tong)。對於幅(fu)值(zhi)大小跨(kua)度(du)較(jiao)大(da)的(de)超(chao)聲波(bo)信號（-30-68dB），同(tong)時註(zhu)意(yi)到放(fang)大(da)電(dian)路會(hui)存(cun)在飽(bao)和溢(yi)出(chu)的(de)問(wen)題(ti)，因(yin)此需要(yao)將(jiang)信號根(gen)據(ju)幅值(zhi)劃分(fen)成(cheng)三個(ge)不(bu)同(tong)的(de)區域分(fen)別進行針(zhen)對(dui)性放(fang)大處理。劃分(fen)的(de)三個(ge)區(qu)域(yu)分(fen)別為(wei):-30dB-28dB，28dB-48dB，48dB-68dB，三(san)路(lu)分(fen)別對應的(de)放大倍數(shu)為(wei)100000倍(bei)，10000倍(bei)和1000倍(bei)。除1000倍(bei)的(de)路放大在前置(zhi)放(fang)大(da)電路(lu)中實現外，其(qi)它(ta)兩路(lu)均采(cai)用雙路(lu)低噪(zao)聲運算放(fang)大(da)器實現。三種(zhong)放大(da)倍數(shu)通過(guo)CPU控制模擬多路(lu)選擇開關(guan)進行配(pei)置(zhi)後(hou)進入後(hou)續處理。

4）dB值(zhi)獲取：為(wei)了(le)讀取(qu)更加穩(wen)定(ding)的(de)dB值，經過放(fang)大(da)後(hou)的(de)超(chao)聲波(bo)信號，送(song)入到壹(yi)個(ge)均方根(gen)直(zhi)流轉換(huan)芯(xin)片(pian)中，將(jiang)幾個(ge)周(zhou)期(qi)的(de)超(chao)聲波(bo)信號轉(zhuan)換(huan)為(wei)直(zhi)流電壓(ya)，該直(zhi)流電壓(ya)信號直(zhi)接(jie)反映dB值大(da)小，只需通過(guo)簡(jian)單AD轉換(huan)，即可(ke)獲取dB值(zhi)。

5）單片機後(hou)期處理：單片機獲取dB值(zhi)後(hou)，統(tong)計(ji)60S內的(de)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)的(de)嚴重程度(du)，並(bing)在液晶(jing)顯示屏上以紅黃(huang)綠三(san)種(zhong)顏色柱(zhu)狀(zhuang)直(zhi)觀(guan)顯示測(ce)量到的(de)dB值是處於兩個(ge)閥(fa)值(zhi)劃分(fen)的(de)三個(ge)區(qu)域(yu)中的(de)那(na)個(ge)區(qu)域(yu)（紅色(se)表示超(chao)出上限(xian)閥(fa)值，黃(huang)色表示處(chu)於上、下(xia)限(xian)閥(fa)值之間(jian)，而(er)綠色(se)則(ze)表示處(chu)於下(xia)限(xian)閥(fa)值以下(xia)）。同(tong)時在液晶(jing)屏右(you)方顯示即(ji)時(shi)測(ce)量到的(de)超(chao)聲波(bo)局(ju)部(bu)放(fang)電(dian)嚴重程度(du)（dB值(zhi)）及(ji)危險值（紅色(se)）所(suo)占的(de)比(bi)例(li)，並(bing)將(jiang)其(qi)通(tong)過(guo)3G無(wu)線(xian)網絡(luo)發送(song)到(dao)雲平(ping)臺上，依據(ju)雲平(ping)臺上數(shu)據(ju)庫(ku)對(dui)測(ce)量的(de)數(shu)據(ju)進行特(te)征(zheng)分(fen)析(xi)，可(ke)初步(bu)判(pan)定(ding)開(kai)關(guan)櫃是否(fou)發生(sheng)局(ju)放，並(bing)把(ba)結果(guo)返回到手(shou)持設(she)備中並(bing)通(tong)過LCD顯示給(gei)工(gong)作人(ren)員查(zha)閱。

6）放大(da)：前置(zhi)放(fang)大(da)後(hou)的(de)信號，通(tong)過壹(yi)個(ge)放(fang)大(da)倍數(shu)恒定(ding)的(de)低噪聲放大(da)電路(lu)後(hou)進入混頻電(dian)路。

7）降(jiang)頻(pin)：由於超(chao)聲波(bo)信號不(bu)能直(zhi)接(jie)被人(ren)耳(er)識(shi)別，所(suo)以傳感器接(jie)收到(dao)的(de)超(chao)聲波(bo)信號必(bi)須通(tong)過(guo)降(jiang)頻(pin)處(chu)理(li)。降(jiang)頻(pin)原(yuan)理(li)是通過(guo)壹個(ge)恒(heng)定(ding)頻(pin)率的(de)正弦(xian)波(bo)與(yu)檢測(ce)信號進行混頻。混頻後(hou)的(de)信號包括低(di)頻部(bu)分(fen)與(yu)高頻部(bu)分(fen)，經過濾(lv)波後(hou)保留低頻(pin)部(bu)分(fen)，該信號即(ji)可被人(ren)耳(er)識(shi)別。本設(she)計(ji)中采(cai)用CPU控制產生38.6K的(de)PWM信號與(yu)測(ce)量到的(de)超(chao)聲波(bo)信號進行混頻。

8）音量調節(jie)：音量調節(jie)電路(lu)由數(shu)字電(dian)位器構成(cheng)，CPU通過(guo)控(kong)制數(shu)字電(dian)位器的(de)阻值來(lai)實現對信號幅(fu)度(du)的(de)更改。

9）功率放(fang)大(da)：功率放(fang)大(da)電路(lu)由音頻放(fang)大(da)芯(xin)片(pian)構成(cheng)，對混頻後(hou)的(de)低頻信號進行功率放(fang)大(da)即可(ke)輸(shu)送(song)到(dao)耳(er)機，為(wei)人(ren)耳(er)感(gan)知(zhi)。