CN101122540A - 激光成像sf6泄漏定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光成像SF6泄漏定位装置，它包括电源单元，与电源单元相连并由其供电的激光器，置于激光器前使发出的激光通过第一锗镜头，与电源单元相连并由其供电的红外成像装置，置于红外成像装置前端使经反射或反向散射的激光通过后进入红外成像装置的第二锗镜头，与红外成像装置的输出相连并根据其输出的电子图象信号判断SF6的泄漏位置的主处理单元，以及与主处理单元的输出相连以显示其输出结果的显示器。该装置可使正常状态下不能观察到的SF6泄漏气体，在标准视频显示中可视化、清晰化，检测人员在显示器上通过直观的图像能够快速地确定SF6气体泄漏源。

Description

激光成像SF6泄漏定位装置

技术领域

本发明涉及电力系统输变电领域中的一种激光成像SF6泄漏定位装置；特别是用于电力系统中以SF6气体为介质的室内GIS(高压组合电器开关)或室外GCB(SF6断路器及其配套设备)的气体定位泄漏检测与诊断的一种激光成像SF6泄漏定位装置。

背景技术

开关设备作为电能输配送过程中的必要组成部分被广泛应用于电力系统中电厂、供电局等职能部门的电力生产与管理。在实际应用中，无论是国内还是国外不同的开关生产厂家，因为产品的生产工艺、密封工艺和现场环境等因素，都存在或多或少不同程度的SF6气体泄漏，具体泄漏部位有隔室、绝缘子、O型密封圈、开关绝缘杆、互感器二次线端子、箱板连接点、气室母管、附件砂眼处和气室伸缩节接口等处。而SF6气体的泄漏直接威胁到开关设备和开关站的安全运行，同时关系到工作人员的人身安全和环境污染。所以我们迫切需要有一种检测方法和设备来及时发现并有效的处理。而传统的检测方法(肥皂泡法)因其技术落后，且实现困难复杂而被工作人员所淘汰，取而代之的定性、定量检漏仪虽在很大程度上得到了改变，但却不能查到具体的泄漏点，激光成像SF6泄漏定位装置作为SF6气体泄漏的一种检测工具，在当今SF6高压电气设备领域中，具有极其广泛的应用前景，尤其是在我国输电线路电压等级不断升高的前提下，SF6高压电气开关设备的发展十分迅速，但到目前为止，国内仅有一两家做SF6泄漏显像仪的厂家，但无论从技术上，工艺上，产品性能和实用性能上都存在着诸多不足，且普遍都存在下列一到多项缺点：

质量重，体积大，使用起来笨重，不能满足用户灵活方便使用的需求。

无法精确定位泄漏焦点。

无法清楚反映哪些是SF6气体。

不能以图片格式存储，不便于U盘的转移、查询和备案。

红外成像装置不能拆卸，单独使用。

发明内容

为解决以上诸问题，本发明提供了一种激光成像SF6泄漏定位装置，它包括电源，与电源相连并由其供电的激光器，置于激光器前使发出的激光通过的第一锗镜头，与电源相连并由其供电的红外成像装置，置于红外成像装置前端使经反射或反向散射的激光通过后进入红外成像装置的第二锗镜头，与述红外成像装置的输出相连并根据其输出判断SF6的泄漏位置和进行色相分离的处理单元，以及与处理单元的输出相连以显示其输出结果的显示器。

根据本发明的一个实施例，第一锗镜头是锗晶体凹透镜。

更具体地，上述定位装置中的处理单元包括从红外成像装置接收图像信息并根据该图像信息的对比度锁定发生SF6泄漏位置的智能定位单元，从智能定位单元接收数据、对该数据进行色相分离处理以便于使被测图像与背景图像进行区别的色相分离处理单元，以及从色相分离处理单元接收数据、并对该数据进行处理和优化以便于输出的中央处理与控制单元。

根据本发明的一个实施例，红外成像装置是可拆卸的。

此外，本发明的激光成像SF6泄漏定位装置还包括与处理单元相连的USB接口，该USB接口可连接外部存储设备；还包括与处理单元相连的视频信号接口，该接口用于直接输出视频信号。

本发明的定位装置特别适合以SF6气体为介质的室内GIS(组合电器)或室外GCB(SF6断路器及其配套设备)的气体定位泄漏检测与诊断。主要用于电力系统中电厂、供电局等单位为SF6开关站开展科学性检修与诊断，实现设备检修工作效率与质量的提高、检修技术水平的提高以及保障工作人员的人身安全和降低因SF6气体泄漏给环境导致的污染。

应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：

图1是本发明的激光成像SF6泄漏定位装置的系统原理图。

图2是本发明的产品电气装配结构图。

图3是SF6色相分离单元流程图。

图4是中央处理与控制单元原理图。

图5是智能定位单元流程图。

图6是车载式装置装配结构图。

图7是处理器件的电路原理结构图。

具体实施方式

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。

如图1所示，本发明的激光成像SF6泄漏定位装置的工作原理是：激光器4发射的激光通过锗晶体凹透镜3后射向被测设备1，此时红外线波会被被测设备1中泄漏出来的SF6气体所吸收，而无SF6泄漏的位置将不发生吸收，通过反射或反向散射后进入锗晶体镜头2的激光被反馈给红外成像装置5并形成红外成像矩阵分布6，该红外成像矩阵分布6经过微处理器7的处理分析，就可直观的在液晶显示器8上显示出来，也可以同时转化成计算机10所能识别的图片格式并相应地存储到移动存储器9上。

如图2所示，激光成像SF6泄漏定位装置包括激光器4、红外成像装置11、处理器件P、显示器15、电源19、UPS18、USB接口16和数字/模拟视频接口17，其中处理器件P由智能定位单元12、SF6色相分离单元13、中央处理与控制单元14三部分组成。智能定位单元嵌入图像处理算法实现泄漏气体图像中可疑泄漏焦点的确定。SF6色相分离单元实现泄漏后被检测的图像与背景图象的区别，从而让用户更易于识别泄漏的SF6气体图像。更具体地，电源19或UPS18通过电源连接线连接到装置的激光器4及红外成像装置11。由于移动操作的需要，该电源一般为蓄电池。红外成像装置11和激光器4相连，采集到的视频信号在经过处理器件P的处理后，将处理结果的电信号输出到显示器15、USB接口16和视频输出插件接口17，从而实现了整个装置的电气部分连接。该装置可使正常不可见气体泄漏在标准视频显示中可视化，检测人员在监视器上就可实时监视SF6气体，同时USB接口与移动存储器连接，转换为图片格式用于存储到移动存储器上，便于转移到计算机进行查看、打印和备案管理。由于红外成像装置采用可拆卸式设计，可方便用户实现多用途处理，避免了二次投资。

以下参考附图详述处理器件P中的智能定位单元12、SF6色相分离单元13和中央处理与控制单元14的原理。

图3是SF6色相分离单元的工作流程图。SF6色相分离单元的作用是实现泄漏后被检测的图像与背景图象的区别。输入图像后，进行结构元素的选取(21)，结构元素本身就是多个子图像，其大小由欲获得的目标分辨率确定，通常在1个到16个像素之间。结构元素的选取存在一个阀值，取决于目标的细节尺寸，去除获得的背景图象(22)从而提取出SF6泄露目标信息(23)后，对灰度图像执行灰度运算及RGB调整(24)，消除尺寸小于结构元素的细节，就实现了对目标图像的分离处理，经过色相位倒相后输出与背景图象不同的默认单一颜色的SF6泄漏图象(25)。这种用经过处理后所形成深浅不同的单一颜色(默认为红色)替换原有灰色图象，使SF6气体泄漏检测后所形成的图象独立于背景图象层之上，避免了背景图象对目标图象的干扰，提高了用户判断的准确性。

如图4所示，中央处理与控制单元14主要由视频信号同步分离27、二值化电路28、串入并出和并入串出移位寄存器29、图像信号存储器31、视频信号叠加电路32等构成。为从复合同步信号中分离出行同步信号，视频信号同步分离电路采用定脉冲宽度的不可重触发单稳触发器作为滤波电路，输入为PAL制式的视频信号，输出为复合同步信号、场同步信号、奇偶场标志信号。图像信息的二值化则采用浮动化二值化电路28。采样前，CCD视频信号先经过宽带低噪声放大处理后，再送给二值化处理电路28变成数字脉冲信号。由于CCD进行在线检测时，光线干扰较难克服，而且光源使用一段时间，光强也会变弱，这样会引起CCD输出信号幅度变化，从而导致测量误差。因此，二值化处理电路采用浮动阈值法，使CCD二值化时的阈值电压随CCD视频信号的幅值而变化。当光源强度变化引起CCD视频信号变化时，可以通过电路将CCD视频信号的起伏反馈到阈值上，使阈值电压随之改变，从而保证在光较弱时，二值化电路仍能输出合适的二值化信号。在存储图像信息时，通过计数器30对时钟信号进行计数，在计数到8时产生1个写信号，同时由移位寄存器29实现串/并变换，将其存于存储器的某个页面的相应单元中。并在此基础上自动产生存储器的页内地址，从而实现对图像信息的存储。而从图像信号中滤出的行同步脉冲，则一方面实现对计数器的清零，另一方面向DSP33发出中断请求，进而改变存储器的页地址。同时键盘34进行控制，由看门狗35来保证程序稳定。

图5是智能定位单元工作流程图。智能定位单元的作用是实现泄漏气体图像中可疑泄漏焦点的确定，通过对由模块识别、边界性分析和小波分析处理后得到的矢量图进行提取模式特征和神经元网络系统判断分析处理，从而确定泄漏点位置。参考图5，其流程包括以下步骤：首先识别出与周边对比度超过设定阀值的图像模块(s36)，然后对这些模块进行边界性分析(s37)和小波分析(s38)处理后得到模块的矢量图(s39)，提取其模式特征(s40)，将该特征输入神经元网络系统(s41)进行判断分析处理(s42)，符合预设判断条件的则被提示为可能的泄漏点位置。

根据本发明的另一实施例，提供了一种车载式的定位装置。如图6所示，该车载式装置包括红外成像装置11、激光器4、智能定位单元12、SF6色相分离单元13、中央处理与控制单元14、显示器15、电源19、UPS18、USB接口和水冷机42。电源连接线连接到装置本体激光器4，红外成像装置11和激光器4相连，与激光器4连接的还有水冷机42，采集到的视频信号在经过智能定位单元块12，SF6色相分离单元13和中央处理与控制单元14处理后，通过微处理器同时输出到监视器15、USB接口16和数字/模拟视频接口17。

图7为处理器件原理图。更具体地，该处理器件主要由UFPA 44、FPGA45、DSP 33、CPLD电路47、键盘46、SRAM 48、显示器8、ARM微处理器7、USB接口16、存储器9等构成。通过CCD影像传感器采集图像CCD信号，信号经过UFPA  44(由320*240型号构成)处理，实现现场编程阵列功能和分析成像电路结构进行传递采样信号49和接收驱动信号50、经过FPGA45(由EP2S180构成)的数字系统处理，输出的处理信号通过14位数据线51和时钟52控制传输到DSP 33(由TMS320VC2812组成)处理，使其图像进行数字、模拟信号处理本底校正，处理后的信号通过16位数据线53和3根同步线54传输到CPLD电路47(由EPM1270GT144组成)，经过可编程逻辑器件编程后，通过16位数据线55、19位地址线56和3根控制线57分别传递给SRAM

48和ARM微处理器7。SRAM 48(模块由CY7C1019CV33，2块并联而成)中保存的内部存储的数据可与ARM微处理器7(以LPC2220为核心的NU22工控模块)进行数据交换，ARM微处理器7中有USB接口16，传递给存储器9最终处理信号，CPLD电路47又同时通过32根数据与控制线58传递给液晶显示器8，其中通过键盘46设置的操作指令可直接反馈到CPLD电路45，从而实现了整个处理器件的数据传输过程。

综上所述，激光器瞄准被测区域并且射向背景激光的一部分被反射或反向散射回到红外成像装置。在没有泄漏气体的情况下，所产生的背景面图像与使用普通红外成像装置时反向散射阳光产生的图像相同。然而，在有泄漏气体出现的接收区域中，返回到红外成像装置的激光强度由于经过气体烟雾的吸收将会减弱，泄漏气体出现区域的视频图像将产生对比变化。气体浓度越浓，吸收就越大，对比度也越大。采集到的视频信号在经过智能定位单元，SF6色相分离单元和中央处理与控制单元处理后，正常状态下非可视气体将在视频中可见，其泄漏源和移动方向都可以方便而清晰地确定。SF6气体不需要与背景接触，只要在背景和红外成像装置之间即可，使通常看不见的SF6气体泄漏在激光成像取景器上变得清晰可见，从而使检测人员站在地面即能快速、准确的定位SF6泄漏源。这样就实现了正常状态下不可见的气体在标准检测显示器上可视化。

本产品具有以下优点：

具有车载和便携式两种型号，方便用户根据使用环境不同加以选择。便携式应用比较灵活，由于其体积小，携带容易，方便用户对变电站内一些难以检查到的范围进行彻底的查找，杜绝设备“死角”。而车载式可以在地面上随意移动，且不影响视频观察质量。

具有独特的智能定位、SF6色相分离单元和图片式存储模块。其智能锁定处理模块嵌入图像处理算法可实现泄漏气体图像中可疑泄漏焦点的确定。其色相分离单元实现泄漏后被检测的图像与背景图象的区别，从而让用户更易于识别泄漏的SF6气体图像。图片式存储模块可从视频信号中抓帧并以图片格式保存到移动存储设备中。

红外成像装置采用可拆卸式设计，可方便用户实现多用途处理，避免了二次投资。

应用激光成像技术检测SF6设备气体泄漏最大的优势在于运行设备不需停电，随时可以检测有泄漏嫌疑的设备，根据其泄漏量的大小，可提前准备好备品备件，安排其停电检修的时间，具有很强的实用性。

本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。

Claims (6)

1.一种激光成像SF6泄漏定位装置，其特征在于，包括

电源单元；

激光器，与所述电源单元相连并由所述电源单元供电；

第一锗镜头，置于所述激光器前端，使所述激光器发出的激光通过该第一锗镜头；

红外成像装置，与所述电源单元相连并由所述电源单元供电；

第二锗镜头，置于所述红外成像装置前端，使经反射或反向散射的激光通过该第二锗镜头后进入所述红外成像装置；

处理器件，与对所述红外成像装置的输出相连，并根据红外成像装置输出的电子图像信号判断SF6的泄漏位置并进行色相分离处理；以及

显示器，与所述处理器件的输出相连，显示其输出结果。

2.如权利要求1所述的激光成像SF6泄漏定位装置，其特征在于，

所述第一锗镜头是锗晶体凹透镜。

3.如权利要求1所述的激光成像SF6泄漏定位装置，其特征在于，所述处理器件包括：

漏点智能定位单元，从所述红外成像装置接收电子图像信息，并根据该图像信息的不同色饱和深度判断发生SF6泄漏的焦点位置；

色相分离单元，从所述漏点智能定位单元接收数据，对该数据中被识别的SF6图象数据进行色相分离处理，以便于使被测图像与背景图像进行区别；以及

中央处理与控制单元，从所述色相分离单元接收叠加图象数据，对数据进行处理和优化以便于输出并协调上述各单元之间的有序工作。

4.如权利要求1所述的激光成像SF6泄漏定位装置，其特征在于，

所述红外成像装置是可拆卸的。

5.如权利要求1所述的激光成像SF6泄漏定位装置，其特征在于，还包括：

与所述中央处理与控制单元相连的USB接口，该USB接口可连接外部存储设备。

6.如权利要求1所述的激光成像SF6泄漏定位装置，其特征在于，还包括：与所述中央处理与控制单元相连的视频信号接口，该接口用于直接输出视频信号。

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