變壓器油中水含量的檢測系統的製作方法
2023-05-05 09:13:21 1
變壓器油中水含量的檢測系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種變壓器油中水含量的檢測系統，包括：雷射發生裝置、快速掃描延遲裝置、慢速掃描延遲裝置、太赫茲發射裝置、光束掃描裝置及太赫茲接收裝置。所述雷射發生裝置用於產生探測光和泵浦光；所述快速掃描延遲裝置用於反射探測光；所述慢速掃描延遲裝置用於反射泵浦光；所述太赫茲發射裝置接收泵浦光且能夠被泵浦光激發產生太赫茲波；所述光束掃描裝置用於將太赫茲波反射至待測樣品上並反射含有樣品信息的太赫茲波；太赫茲接收裝置用於同步接收含有樣品信息的太赫茲波和探測光，並形成光電流。上述檢測系統採用太赫茲波對變壓器油中水含量進行檢測，充分利用了太赫茲波對水分的高靈敏性，檢測高效精確。
【專利說明】變壓器油中水含量的檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力設備輔助系統，尤其涉及一種變壓器油中水含量的檢測系統。
【背景技術】
[0002]隨著電力行業結構的日趨擴大和電壓設備等級的不斷提高，變壓器的維護越來越重要，而其中變壓器油中分含量的檢測已經成為變壓器維護中很重要的一部分，油中含水量在變壓器的安全運行中具有本質上的決定作用，油中過多的水含量將會加速絕緣材料的老化，並降低絕緣性能，進而導致設備運行的不穩定性和潛在威脅，過多的水分可能導致短路甚至發生爆炸。
[0003]目前，變壓器油中水分測量分為離線和在線檢測方法。離線檢測方法一般定期對變壓器油採樣，然後在試驗室採用蒸餾法、重量法、離心分離法和卡爾.費休法等對樣品進行檢測分析。但是，蒸餾法費時費力，樣品及試劑用量大，對環境汙染比較嚴重，特別對微量水分的測定精度低；離心分離法適用於水分含量較大的樣品，但水分含量較低的樣品很難準確測定；重量法一般用於固態的石油產品，但實際測定得到的水分含量還包含了樣品中其他易揮發的成分，結果不準確；卡爾.費休法副反應較多，檢測時需要考慮很多因素，並且測量使用的化學試劑具有毒性，會對環境造成汙染；介電常數法容易受環境溫度變化影響而難以達到高精度的測量要求。在線檢測方法是介電常數法，但這種方法的測量精度易受環境溫度變化影響而難以達到測量要求。
【發明內容】
[0004]基於此，有必要針對上述變壓器油含量檢測系統存在的缺陷，提供一種高效環保的變壓器油中水含量的檢測系統。
[0005]一種變壓器油中水含量的檢測系統，包括:雷射發生裝置，用於產生探測光和泵浦光；快速掃描延遲裝置，用於反射所述探測光；慢速掃描延遲裝置，用於反射所述泵浦光；太赫茲發射裝置，接收所述泵浦光且能夠被所述泵浦光激發產生太赫茲波；光束掃描裝置，用於將所述太赫茲波反射至待測樣品上並反射含有樣品信息的太赫茲波；太赫茲接收裝置，用於同步接收含有樣品信息的太赫茲波和所述探測光，並形成光電流。
[0006]在本實施例中，所述雷射發生裝置包括飛秒雷射器和分光鏡，所述飛秒雷射器發射的雷射通過分光鏡後分為泵浦光和探測光。
[0007]在本實施例中，所述快速掃描延遲裝置包括沿所述探測光傳播方向依次設置的第一反射鏡和第一平面鏡。
[0008]在本實施例中，所述第一反射鏡是由音圈電機平臺控制的可沿所述探測光傳播方向移動的平面反射鏡。
[0009]在本實施例中，所述慢速掃描延遲裝置包括沿所述泵浦光傳播方向依次設置的第二平面鏡、第三平面鏡和第二反射鏡。
[0010]在本實施例中，所述第二反射鏡是由步進電機平臺控制的可沿所述泵浦光傳播方向移動的平面反射鏡。
[0011]在本實施例中，所述太赫茲發射裝置包括沿所述泵浦光傳播方向依次設置的發射器和第一拋面鏡，所述發射器是光電導發射器。
[0012]在本實施例中，所述光電導發射器的光導天線由低溫生長的砷化鎵材料製成，所述光導天線被所述泵浦光激發產生太赫茲波。
[0013]在本實施例中，所述光束掃描裝置由X掃描振鏡及Y掃描振鏡組成。
[0014]在本實施例中，所述太赫茲接收裝置包括沿所述探測光傳播方向依次設置的探測器和第二拋面鏡，所述包括樣品信息的太赫茲波經第二拋面鏡反射至所述探測器。
[0015]在本實施例中，所述探測器是光電導探測器，所述光電導探測器的光導天線由低溫生長的砷化鎵材料製成。
[0016]在本實施例中，所述樣品信息包括二維成像信息及光譜信息。
[0017]在本實施例中，還包括與所述探測器電性連接的信號處理裝置，用於將包括樣品信息的電信號進行放大、濾波及採集。
[0018]在本實施例中，還包括計算機，所述計算機與所述信號處理裝置電性連接，用於將信號處理裝置採集的信號進行處理並生成圖像。
[0019]在本實施例中，還包括精密運動控制裝置，所述精密運動控制裝置一端電性連接於所述計算機，另一端分別與所述第一反射鏡、第二反射鏡、X掃描振鏡及Y掃描振鏡電性連接，用於控制所述第一反射鏡、第二反射鏡、X掃描振鏡及Y掃描振鏡的運動。
[0020]上述變壓器油中水含量的檢測系統採用太赫茲波對變壓器油中水含量進行檢測，充分利用了太赫茲波對水分的高靈敏性，檢測高效精確；且由於在檢測中不需要配製化學試劑，無任何化學反應，對環境無汙染，檢測過程綠色環保。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明實施例提供的變壓器油中水含量的檢測系統的示意圖。
[0022]圖2為本發明實施例提供的太赫茲波與變壓器油水混合物相互作用的模型。
【具體實施方式】
[0023]請參閱圖1，圖1為本發明實施例提供的變壓器油中水含量的檢測系統的示意圖。
[0024]變壓器油中水含量的檢測系統100包括雷射發生裝置110、快速掃描延遲裝置120、慢速掃描延遲裝置130、太赫茲發射裝置140、光束掃描裝置150及太赫茲接收裝置160。
[0025]雷射發生裝置110包括飛秒雷射器111和分光鏡112。飛秒雷射器111產生飛秒脈衝雷射，飛秒脈衝雷射經分光鏡112後分為兩束，即泵浦光和探測光。
[0026]快速掃描延遲裝置120包括第一反射鏡121和第一平面鏡122。探測光經第一反射鏡121反射進入第一平面鏡122。第一反射鏡121是由音圈電機平臺控制的可沿探測光傳播方向移動的平面反射鏡。可以理解，在音圈電機平臺的驅動下，第一反射鏡121可沿探測光的傳播方向移動，從而改變了探測光的相對延遲時間。
[0027]慢速掃描延遲裝置130第二平面鏡131、第三平面鏡132和第二反射鏡133。泵浦光依次經第二平面鏡131及第三平面鏡132的反射到達第二反射鏡133。第二反射鏡133由步進電機平臺控制的可沿泵浦光傳播方向移動的平面反射鏡。可以理解，在步進電機平臺的驅動下，第二反射鏡133可沿泵浦光的傳播方向移動，從而改變了泵浦光的相對延遲時間。
[0028]太赫茲發射裝置140包括沿泵浦光傳播方向依次設置的發射器141和第一拋面鏡142。發射器141為光電導發射器，發射器141的光導天線(圖中未示)由低溫生長的砷化鎵材料製成，經發射器141的泵浦光激發光導天線產生脈衝太赫茲波，第一拋面鏡142反射該脈衝太赫茲波。
[0029]光束掃描裝置150由X掃描振鏡151及Y掃描振鏡152組成。經第一拋面鏡142反射的脈衝太赫茲波進入X掃描振鏡151,並由X掃描振鏡151反射入射Y掃描振鏡152,再經Y掃描振鏡152反射至樣品池A。樣品池A將該脈衝太赫茲波反射，此時的脈衝太赫茲波包含有二維成像信息及光譜信息等樣品信息。包含有樣品信息的脈衝太赫茲波依次經Y掃描振鏡152、X掃描振鏡151反射。可以理解,隨著X掃描振鏡151及Y掃描振鏡152的轉動，脈衝太赫茲波入射至樣品池A的位置也會相應改變。
[0030]太赫茲接收裝置160包括沿探測光傳播方向依次設置的探測器161和第二拋面鏡162。探測器161是光電導探測器，探測器161的光導天線(圖中未示)由低溫生長的砷化鎵材料製成。經X掃描振鏡151反射的包含有樣品信息的脈衝太赫茲波入射第二拋面鏡162，並經第二拋面鏡162反射入探測器161的光導天線上。
[0031]可以理解，包含有樣品信息的脈衝太赫茲波照射在探測器161的光導天線上，從而形成了加在探測器161的光導天線介質上的太赫茲偏置電場；而經快速延遲掃描裝置120的第一平面鏡122反射的探測光與包含有樣品信息的脈衝太赫茲波同步到達探測器161的光導天線上，且在光導天線介質中產生自由載離子。這樣在太赫茲偏置電場的驅動下，自由載離子產生定向移動，從而形成光電流。該光電流正比於太赫茲瞬間電場，因而檢測該光電流即可探測到太赫茲脈衝。即包含有樣品信息的脈衝太赫茲波經探測器161後轉變成包含有樣品信息的電信號。
[0032]變壓器油中水含量的檢測系統100還包括信號處理裝置170。信號處理裝置170電性連接於探測器161，用於將包括樣品信息的電信號進行放大、濾波及採集。
[0033]變壓器油中水含量的檢測系統100還包括計算機180，計算機180與信號處理裝置170電性連接，用於將信號處理裝置170採集的信號進行重採樣、量化、偽色彩染色等數位化處理，最後生成二維圖像。
[0034]變壓器油中水含量的檢測系統100還包括精密運動控制裝置190，精密運動控制裝置190的一端電性連接於計算機180，另一端分別與第一反射鏡121、第二反射鏡133、X掃描振鏡151及Y掃描振鏡152電性連接。精密運動控制裝置190通過計算機180實現的操作實現對第一反射鏡121、第二反射鏡133、X掃描振鏡151及Y掃描振鏡152的運動控制。
[0035]以下對變壓器油中水含量的檢測系統100的原理作進一步說明。
[0036]可以理解，計算機180所記錄的脈衝太赫茲波信號是隨時間變化的太赫茲脈衝電場E (t)，對太赫茲脈衝時域波形進行傅立葉變換，可得該脈衝在頻率域的分布E (ω )，表示為式⑴:
[0037]Ε(ω) ^Α(ω) exp [~i φ(ω)] = / E(t) exp- (iwt) dt (I)[0038]在實際的光譜測量中，首先獲得通過參考樣品的太赫茲脈衝波形(參考波形)，然後測量太赫茲脈衝經過樣品池A之後的波形(樣品波形)。分別對參考波形和樣品波形進行傅立葉變換，獲得參考光譜Er (ω)和信號光譜Es(co)，於是樣品的光譜信息R(co)可以從信號光譜Ε3(ω)與參考光譜民(ω)的比較得到。由於太赫茲脈衝的測量包含了振幅和相位的信息，所以太赫茲時域光譜可以直接計算得樣品的復折射率K ,從而得到樣品的消光係數K和折射率η，如式(2)、(3)。由此，可以通過式⑷由復折射率得到樣品的復介電常數ε。
【權利要求】
1.一種變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，包括: 雷射發生裝置，用於產生探測光和泵浦光； 快速掃描延遲裝置，用於反射所述探測光； 慢速掃描延遲裝置，用於反射所述泵浦光； 太赫茲發射裝置，接收所述泵浦光且能夠被所述泵浦光激發產生太赫茲波； 光束掃描裝置，用於將所述太赫茲波反射至待測樣品上並反射含有樣品信息的太赫茲波； 太赫茲接收裝置，用於同步接收含有樣品信息的太赫茲波和所述探測光，並形成光電流。
2.根據權利要求1所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述雷射發生裝置包括飛秒雷射器和分光鏡，所述飛秒雷射器發射的雷射通過分光鏡後分為泵浦光和探測光。
3.根據權利要求1所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述快速掃描延遲裝置包括沿所述探測光傳播方向依次設置的第一反射鏡和第一平面鏡。
4.根據權利要求3所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述第一反射鏡是由音圈電機平臺控制的可沿所述探測光傳播方向移動的平面反射鏡。
5.根據權利要求1所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述慢速掃描延遲裝置包括沿所述泵浦光傳播方向依次設置的第二平面鏡、第三平面鏡和第二反射鏡。
6.根據權利要求5所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述第二反射鏡是由步進電機平臺控制的可沿所述泵浦光傳播方向移動的平面反射鏡。
7.根據權利要求1所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述太赫茲發射裝置包括沿所述泵浦光傳播方向依次設置的發射器和第一拋面鏡，所述發射器是光電導發射器。
8.根據權利要求7所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述光電導發射器的光導天線由低溫生長的砷化鎵材料製成，所述光導天線被所述泵浦光激發產生太赫茲波。
9.根據權利要求1所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述光束掃描裝置由X掃描振鏡及Y掃描振鏡組成。
10.根據權利要求1所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述太赫茲接收裝置包括沿所述探測光傳播方向依次設置的探測器和第二拋面鏡，所述包括樣品信息的太赫茲波經第二拋面鏡反射至所述探測器。
11.根據權利要求10所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述探測器是光電導探測器，所述光電導探測器的光導天線由低溫生長的砷化鎵材料製成。
12.根據權利要求1所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，所述樣品信息包括二維成像信息及光譜信息。
13.根據權利要求12所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，還包括與所述探測器電性連接的信號處理裝置，用於將包括樣品信息的電信號進行放大、濾波及採集。
14.根據權利要求13所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，還包括計算機，所述計算機與所述信號處理裝置電性連接，用於將信號處理裝置採集的信號進行處理並生成圖像。
15.根據權利要求1或14所述的變壓器油中水含量的檢測系統，其特徵在於，還包括精密運動控制裝置，所述精密運動控制裝置一端電性連接於所述計算機，另一端分別與所述第一反射鏡、第二反射鏡、X掃描振鏡及Y掃描振鏡電性連接，用於控制所述第一反射鏡、第二反射鏡、X掃描振鏡及Y 掃描振鏡的運動。
【文檔編號】G01N21/3586GK103575693SQ201210273803
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月1日 優先權日:2012年8月1日
【發明者】劉文權, 馮廣智, 魯遠甫, 張豔東, 楊珺, 姜永濤, 陳立群, 金雷 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院