CN101539539A - 基于无线网络的六氟化硫气体超声检测节点及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无线网络的六氟化硫气体超声检测节点及检测方法，该检测节点由无线基站和无线子节点组成，无线子节点由无线单片机模块及与其连接的湿度传感器、无线通信模块、超声六氟化硫气体检测模块和温度传感器组成；用无线子节点检测不含六氟化硫气体的空气平均分子量和六氟化硫气体浓度，通过温度和湿度传感器检测通道中气体的温度和湿度；将检测数据传送到无线单片机模块经温度和湿度校准后判断是否超标并上传至无线基站。本发明现场安装方便、内部结构简单；采用差分式的检测方法消除环境差异对检测结果的影响，利用超声检测技术且结合单片机同时完成现场六氟化硫气体浓度、温度以及湿度的在线检测和超标报警。

Description

基于无线网络的六氟化硫气体超声检测节点及检测方法

技术领域

本发明涉及对六氟化硫气体的检测技术领域，尤其涉及应用无线和超声技术对六氟化硫气体进行检测，应用于电力系统中起绝缘和灭弧功能的六氟化硫中压、高压和超高压断路器的在线检测。

背景技术

六氟化硫(SF₆)气体以其优异的绝缘和灭弧性能，在电力系统中获得了广泛的应用，成了中压、高压和超高压断路器中首选的绝缘和灭弧介质。含有六氟化硫的电力设备在长期运行过程中会出现六氟化硫气体的泄漏，影响电力设备的绝缘和灭弧性能，会造成重大的电力安全事故。

目前已被采用的一些测量六氟化硫气体浓度的方法多为物理方法，如：气相色谱法、导热系数法、电子漂移法、光干涉法和超声波测量法等。前面的四种方法不仅需要昂贵的仪器设备，而且要求操作者具有相当高的操作水平，因此推广普及相当困难。超声波测量法是：在样品气中传播的超声波速度可以表示为样品气体的平均分子量和温度、湿度的函数，若样品气体为二元混合气体时，只要测定出样品气体中的超声波传播速度与样品气体的温度和湿度，就可以求得样品气体的平均分子量，进而可以由此计算出样品气体中任一种气体的浓度。

Ad Hoc网络(对等式无线移动网络)是一种新颖的移动计算机网络的类型，它既可以作为一种独立的网络运行，也可以作为当前具有固定设施网络的一种补充形式。Ad Hoc网络相对常规通信网络而言，最大的区别就是可以在任何时刻、任何地点不需要硬件基础网络设施的支持，通过移动节点自由的组网快速构建起一个移动通信网络。在Ad Hoc网络中，移动节点可以在网中随意移动。在自组网中，移动节点可能同时还是路由器，担负着寻找路由和转发报文的工作。路由一般都由多跳组成，数据通过多个主机的转发才能到达目的地。

申请号为200510037936.2的专利申请公开了一种“测量六氟化硫气体浓度的变送器及其测量方法”，该方法在设计和实现上采用在每个检测点安装一套检测器的方法，当检测点的个数增加时，相应的检测器的数目也会增加，这不但给系统的调试带了不便，而且大大地增加了设备的成本，并使得系统的稳定性和精度受到了影响。

申请号为200810025458.7的专利申请公布了“集中循环式六氟化硫气体浓度的超声波检测系统及方法”，该申请利用气泵将现场气体抽出来，然后抽出标准气体，两者比较，从而根据实验数据得出六氟化硫的浓度，该系统由于使用了集中式的检测方案，解决了整个系统较复杂的缺点，降低了安装成本，但是归根结底集中式的系统仍然需要布线，这样的系统如果运用到现场环境较复杂，不适合布线的情况时，其应用价值就大大降低了。

申请号为200820083740.6的专利申请公布了“一种基于气敏传感器探测可燃气体的无线传感器网络装置”，该实用新型通过对燃气传感器输出信号的处理，实时计算出装置所在位置处的可燃气体是否存在，并通过无线传输的通信方式把数据发送至基站进行控制。但是由于其并未公开使用到的传感器基于的原理及其应用的范围为检测可燃气体，因此不能确定其是否能运用于检测非可燃气体六氟化硫浓度的领域。

发明内容

本发明的一个目的是为了克服上述技术的不足，提供一种基于无线网络的六氟化硫气体超声检测节点，在现场只需通过简单的安装便可对低浓度六氟化硫进行实时检测。

本发明的另一目的是通过构建一个无线传感网络，提供一种基于无线网络的六氟化硫气体超声检测方法，能稳定可靠地检测六氟化硫气体的浓度。

六氟化硫气体超声检测节点采用的技术方案是：该检测节点由无线基站和无线子节点组成，无线子节点由无线单片机模块及与其连接的湿度传感器、无线通信模块、超声六氟化硫气体检测模块和温度传感器组成；湿度传感器和温度传感器安装在六氟化硫气体检测通道模块中。

基于无线网络的六氟化硫气体超声检测方法采用的技术方案是：用无线子节点检测不含六氟化硫气体的空气平均分子量，将分子量值校准后将校准值存入无线单片机模块内部存储；无线子节点接收无线基站上传数据的命令，检测六氟化硫气体检测模块中的六氟化硫气体浓度，通过温度传感器和湿度传感器检测通道中的气体的温度和湿度；将检测数据传送到无线单片机模块经温度和湿度校准后判断是否超标，并将检测数据通过无线通信模块经无线网络上传至无线基站。

本发明的有益效果是：

1、基于无线传感网络，现场安装方便、内部结构简单、使用寿命长且成本低。

2、采用差分式的检测方法，消除了环境差异对检测结果的影响，可同时完成现场六氟化硫气体浓度、温度以及湿度的检测。

3、利用超声检测技术且结合单片机实现了对电气设备中六氟化硫气体含量的在线检测和超标报警。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是六氟化硫气体超声检测节点的网络连接结构图。

图2是图1中无线子节点2的组成框图。

图3是图2中超声六氟化硫气体检测模块6的工作原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，六氟化硫气体超声检测节点由无线基站1和无线子节点2两部分组成，无线子节点2通过无线网络与无线基站1和其它无线子节点2进行通信。

如图2，无线子节点2包括无线单片机模块3，该无线单片机模块3是六氟化硫气体超声检测节点的核心，将无线单片机模块3分别连接湿度传感器4、无线通信模块5、超声六氟化硫气体检测模块6和温度传感器7后组成了无线子节点2。

如图3，超声六氟化硫气体检测模块6单元是无线子节点2的关键部分，其利用超声波传播速度随气体组分的不同而变化的原理进行设计，由依次串联的超声波发射电路8、六氟化硫气体检测通道模块9、超声波接收电路10和整形电路11组成。湿度传感器4和温度传感器7安装在六氟化硫气体检测通道模块9中，超声波信号在六氟化硫气体检测通道模块9中传播。

用无线子节点2检测不含六氟化硫气体的空气平均分子量，无线单片机模块3产生频率一定的方波信号，经过放大后驱动超声发射电路8，对检测点的无六氟化硫空气平均分子量进行测量和校准；将分子量值校准后将校准值存入无线单片机模块3内内部非易失存储体。无线单片机模块3通过无线通信模块5接收无线基站1以及其它无线子节点2传送过来的命令或数据，并进行相应的操作，配合湿度传感器4测量现场湿度和温度传感器7测量现场湿度，从而判断现场六氟化硫气体浓度是否超出设定限，超出设定限后则进行报警。

无线子节点2接收无线基站1上传数据的命令，六氟化硫气体检测模块6检测六氟化硫气体浓度，通过温度传感器4和湿度传感器7检测通道中的气体的温度和湿度。无线单片机模块3对超声六氟化硫气体检测模块6管理和调配，通过超声接收电路10捕获超声波信号在六氟化硫气体检测通道模块9的传播波形，并通过整形电路11获得所需的波形，将得到的波形送入无线单片机模块3，无线单片机模块3经温度和湿度校准后判断是否超标。

若无线子节点2没有接收到无线基站1上传数据的命令则进入休眠状态；若当无线子节点2在300毫秒时间没有收到命令则自动对六氟化硫气体检测模块6的六氟化硫浓度进行检测，检测浓度超标时发出报警信号。

无线单片机模块3通过处理得到传播时间与六氟化硫气体在空气中的含量有关，将之前测量的不含六氟化硫的空气平均分子量经过由温度传感器4和湿度传感器7检测到得温度和湿度校准后与当前测量的空气平均分子量进行比较，便可测得空气中六氟化硫气体的浓度，并将检测数据通过无线通信模块5经无线网络上传至无线基站1。

本发明工作过程如下：

1、无线网络上电后无线子节点2检测当前网络状态，发出加入网络请求，收到无线基站1的准许加入网络的命令后，自动加入网络，并配置自身信息，通过超声六氟化硫检测模块6对当地空气平均分子量进行校准。

2、加入到网络的无线子节点2接收到上传数据的命令后，则检测当前六氟化硫浓度，上传数据，或者收到其它无线子节点2上传数据请求时，此节点打开路由功能并上传其它无线子节点2的数据。

3、无线子节点2接收到要求上传数据的命令后，通过超声测空气浓度的方法，超声六氟化硫检测模块6对当前空气中六氟化硫气体的浓度进行测量，经过温度和湿度的校准后通过无线网络，上传至无线基站1。

4、当无线子节点2没有收到任何指令或请求时则进入低功耗休眠状态。当无线子节点2长时间没有收到命令时则自动检测六氟化硫浓度，当浓度超标时发出报警信号。

Claims (5)

1.一种基于无线网络的六氟化硫气体超声检测节点，其特征是：该检测节点由无线基站(1)和无线子节点(2)组成，无线子节点(2)由无线单片机模块(3)及与其连接湿度传感器(4)、无线通信模块(5)、超声六氟化硫气体检测模块(6)和温度传感器(7)组成；湿度传感器(4)和温度传感器(7)安装在六氟化硫气体检测通道模块(9)中。

2、根据权利要求1所述的一种基于无线网络的六氟化硫气体超声检测节点，其特征是：所述超声六氟化硫气体检测模块(6)由依次串联的超声波发射电路(8)、六氟化硫气体检测通道模块(9)、超声波接收电路(10)和整形电路(11)组成。

3、一种基于无线网络的六氟化硫气体超声检测方法，其特征是采用如下步骤：

(A)用无线子节点(2)检测不含六氟化硫气体的空气平均分子量，将分子量值校准后将校准值存入无线单片机模块(3)内部存储；

(B)无线子节点(2)接收无线基站(1)上传数据的命令，检测六氟化硫气体检测模块(6)中的六氟化硫气体浓度，通过温度传感器(4)和湿度传感器(7)检测通道中气体的温度和湿度；

(C)将检测数据传送到无线单片机模块(3)经温度和湿度校准后判断是否超标，并将检测数据通过无线通信模块(5)经无线网络上传至无线基站(1)。

4、根据权利要求3所述的一种基于无线网络的六氟化硫气体超声检测方法，其特征是：

所述步骤(A)采用无线单片机模块(3)产生方波信号，经过放大后驱动超声波发射电路(8)，对检测点的不含六氟化硫空气平均分子量进行测量和校准；

所述步骤(B)采用超声波接收电路(10)捕获在六氟化硫气体检测通道模块(9)中传播的超声波信号波形，并通过整形电路(11)获得所需的波形从而检测出六氟化硫气体浓度。

5、根据权利要求3所述的一种基于无线网络的六氟化硫气体超声检测方法，其特征是：步骤(B)中，若无线子节点(2)没有接收到无线基站(1)上传数据的命令则进入休眠状态；若无线子节点(2)在300毫秒时间没有收到命令则对六氟化硫气体检测模块(6)的六氟化硫浓度进行检测，检测浓度超标时发出报警信号。

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