一種擴散式sf6氣體洩漏監測裝置及方法
2023-06-01 10:17:11 1
專利名稱：一種擴散式sf6氣體洩漏監測裝置及方法
技術領域：
本發明屬於SF6氣體洩漏監測領域，具體涉及採用雙波長紅外監測原理和擴散式結構、自帶溫度補償、具有數位訊號輸出的高精度SF6氣體洩漏監測方法及裝置。
背景技術：
SF6氣體由於具有極好的絕緣性能和滅弧性能，在電力系統中獲得廣泛的應用。但是，SF6氣體的洩漏則會汙染室內環境，使進入房間的操作人員、巡視檢修人員的健康甚至生命受到嚴重威脅。因此，良好的SF6洩漏氣體監測技術受到電力行業從業人員的重視和追求。在SF6氣體洩漏監測領域中，紅外監測技術的優勢正逐步得到公認和重視。紅外氣體洩漏監測技術是目前研究的熱點之一，具備靈敏度高、精度高、穩定性好、具有良好的選擇性、可靠性高、壽命長等優點。在電力系統的SF6氣體洩漏監測中，較常採用的方法是吸入式SF6洩漏監測技術，吸入式監測技術採用抽氣泵將監測區域的待測氣體吸入探測器內部，再利用相關測量原理對SF6的濃度進行測量。但在實際應用中，由於需要採用抽氣泵抽氣，氣體進入氣室前需要進行過濾、乾燥，使得裝置結構複雜、功耗較大，不利於進行連續在線監測，從而限制了此技術的應用。
發明內容
本發明的目的在於提供一種能對洩漏SF6氣體進行連續在線監測、響應快、精度和可靠性高的擴散式SF6氣體洩漏監測方法及裝置。此裝置具有優異的防水防塵性能，無需使用抽氣泵，能廣泛應用於SF6氣體洩漏監測系統中。本發明採用的技術方案為一種擴散式SF6氣體洩漏監測裝置，該裝置包括紅外光源、聚光鏡、溫度探測器、錐形集光器、測量濾光片、參比濾光片、雙通道紅外探測器、反射鏡、反射鏡座、支架、過濾保護罩、防水防塵透氣膜、信號調理模塊、A/D轉換模塊、數據處理模塊、光源驅動模塊，具有開孔的支架形成一個中空的氣室，支架上緊貼一層防水防塵透氣膜，外面再套上過濾保護罩，在支架的一端放置鍍金反射膜的反射鏡，通過反射鏡座固定並與支架相連，另一端設置紅外光源和雙通道紅外探測器，紅外光源前端設置有聚光鏡，雙通道紅外探測器前面設置有測量濾光片和參比濾光片，測量濾光片和參比濾光片的前端設有錐形集光器，所述的針對SF6氣體洩漏監測的測量濾光片和參比濾光片均為超窄帶幹涉濾光片，溫度探測器置於氣室中聚光鏡與錐形集光器之間的空隙位置，電路板固定於支架上，電路板有外殼保護和固定，並與支架之間密封。其中，電路板包括信號調理模塊、A/D轉換模塊、數據處理模塊和光源驅動模塊，信號調理模塊對參比信號和測量信號進行放大和濾波，A/D轉換模塊將模擬電信號轉換成數據處理模塊能夠接收的數位訊號，數據處理模塊根據所接收的數位訊號進行計算得到氣體濃度並對外輸出，光源驅動模塊驅動紅外光源發出穩定的紅外光。
其中，測量濾光片的中心波長為10. 55iim±80nm，半帶寬為90nm±20nm，參比濾光片的中心波長為3. 95iim±40nm，半帶寬為90±20nm。根據紅外光譜理論，非對稱極性分子由於內部偶極矩轉動、振動等，對穿過氣體分子的紅外光產生吸收。不同類型的氣體分子偶極矩不同，使得一種氣體分子對特定波長的紅外光有明顯的吸收作用。根據朗伯-比爾定律I = I0exp(-uCL);其中I為出射光強，Itl為入射光強，C為氣體濃度，L為吸收長度，y為氣體的吸收係數，可改寫為
權利要求
1.一種擴散式SF6氣體洩漏監測裝置，其特徵在於該裝置包括紅外光源(I)、聚光鏡(2)、溫度探測器(3)、錐形集光器(4)、測量濾光片(5)、參比濾光片(6)、雙通道紅外探測器 (7)、反射鏡(8)、反射鏡座(9)、支架(10)、過濾保護罩(11)、防水防塵透氣膜(12)、信號調理模塊(13)、A/D轉換模塊(14)、數據處理模塊(15)、光源驅動模塊(16)，具有開孔的支架 (10)形成一個中空的氣室，支架(10)上緊貼一層防水防塵透氣膜(12)，外面再套上過濾保護罩(11)，在支架(10)的一端放置鍍金反射膜的反射鏡(8)，通過反射鏡座(9)固定並與支架(10)相連，另一端設置紅外光源(I)和雙通道紅外探測器(7)，紅外光源(I)前端設置有聚光鏡(2)，雙通道紅外探測器(7)前面設置有測量濾光片(5)和參比濾光片(6)，測量濾光片(5)和參比濾光片(6)的前端設有錐形集光器(4)，所述的針對SF6氣體洩漏監測的測量濾光片(5)和參比濾光片(6)均為超窄帶幹涉濾光片，溫度探測器(3)置於氣室中聚光鏡(2)與錐形集光器(4)之間的空隙位置，電路板固定於支架(10)上，電路板有外殼保護和固定，並與支架之間密封。
2.根據權利要求1所述的一種擴散式SF6氣體洩漏監測裝置，其特徵在於電路板包括信號調理模塊(13)、A/D轉換模塊(14)、數據處理模塊(15)和光源驅動模塊(16)，信號調理模塊(13)對參比信號和測量信號進行放大和濾波，A/D轉換模塊(14)將模擬電信號轉換成數據處理模塊(15)能夠接收的數位訊號，數據處理模塊(15)根據所接收的數位訊號進行計算得到氣體濃度並對外輸出，光源驅動模塊(16)驅動紅外光源(I)發出穩定的紅外光。
3.根據權利要求1所述的一種擴散式SF6氣體洩漏監測裝置，其特徵在於測量濾光片(5)的中心波長為10. 55ym±80nm，半帶寬為90nm±20nm，參比濾光片(6)的中心波長為 3. 95ym±40nm，半帶寬為 90±20nm。
4.一種擴散式SF6氣體洩漏監測的方法，其特徵在於洩漏的SF6氣體在與空氣混合後，經自然擴散進入權利要求1或2或3所述的吸入式SF6氣體洩漏監測裝置，首先經過過濾保護罩(11)的第一層過濾作用初步濾除大的灰塵雜質，再經過防水防塵透氣膜(12)徹底濾除水分和灰塵，通過支架(10)上的開孔進入氣室，在氣室中，由光源驅動模塊(16)驅動紅外光源(I)發出紅外光，經過聚光鏡(2)的聚焦、準直作用後，射向氣室中的氣體，經過被測氣體吸收後，到達反射鏡(8)上之後被反射，紅外光再次通過氣室並被吸收，錐形集光器(4)將反射鏡(8)反射來的紅外光進行匯聚，經過測量濾光片(5)和參比濾光片(6)到達雙通道紅外探測器(7)，雙通道紅外探測器(7)兩個通道分別產生一個包含光源和環境信息的參比信號和一個包含被測氣體濃度信息的信號，這兩個信號通過信號調理模塊(13)的放大、濾波和A/D轉換模塊(14)轉換成數位訊號之後，輸入到數據處理模塊(15)，數據處理模塊(15)通過數據處理排除掉光源和環境的影響，根據事先寫入的洩漏SF6氣體濃度計算模型得到被測SF6氣體的濃度，與此同時，溫度探測器(3)也將探測到的洩漏SF6氣體的溫度輸入到數據處理模塊(15)，數據處理模塊(15)再對洩漏SF6氣體濃度進行溫度修正，從而得到真實的洩漏SF6氣體的濃度，將此SF6濃度對外輸出。
5.根據權利要求4所述的一種擴散式SF6氣體洩漏監測的方法，其特徵在於所述的數據處理模塊(12)中數據處理時針對洩漏SF6氣體的特性，採用多點標定方法，建立洩漏 SF6氣體濃度計算模型，標定時，在洩漏SF6監測量程範圍內選擇多個濃度點，配製標準混合氣，根據測量電壓和參比電壓得到一個只包含氣體濃度信息的變量D以消除光源的影響，根據D值與標準濃度Xtl值之間的對應關係建立洩漏SF6氣體濃度計算模型，將此模型及標定時的溫度信息一併寫入單片機存儲器內，實際測量時，數據處理模 塊(15)接收測量電壓、參比電壓和溫度三個數值，先計算出洩漏SF6氣體濃度信息變量D，以排除可能存在的光源波動和環境影響，再根據事先寫入的洩漏SF6氣體濃度計算模型計算出對應的濃度值，然後根據溫度進行溫度補償，得到補償後的洩漏SF6氣體濃度，此濃度即為被測洩漏 SF6氣體的真實濃度值。
全文摘要
本發明提供一種擴散式SF6氣體洩漏監測裝置及方法，該裝置包括紅外光源(1)、聚光鏡(2)、溫度探測器(3)、錐形集光器(4)、測量濾光片(5)、參比濾光片(6)、雙通道紅外探測器(7)、反射鏡(8)、反射鏡座(9)、支架(10)、過濾保護罩(11)、防水防塵透氣膜(12)、信號調理模塊(13)、A/D轉換模塊(14)、數據處理模塊(15)、光源驅動模塊(16)。本發明的目的在於提供一種能對洩漏SF6氣體進行連續在線監測、響應快、精度和可靠性高的擴散式SF6氣體洩漏監測方法及裝置。此裝置具有優異的防水防塵性能，無需使用抽氣泵，能廣泛應用於SF6氣體洩漏監測系統中。
文檔編號G01N21/35GK102998061SQ20121048754
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月26日 優先權日2012年11月26日
發明者趙建華, 陳迎春 申請人:中國科學技術大學