CN102809469A - 一种基于红外光谱成像技术的sf6气体泄漏检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置，包括依次连接的电池模块、红外镜头模块、UPFA模块、信号处理模块、LCD模块和电源转换模块，红外镜头模块包括依次叠放的第一锗透镜、第二锗透镜、第三锗透镜、第四锗透镜、带通滤波片、第五锗透镜、第六锗透镜和第七锗透镜。UPFA模块包括依次连接的UPFA阵列、放大模块、转换模块、与UPFA阵列和转换模块分别连接的驱动模块，信号处理模块包括运算处理模块、ROM模块、RAM模块和LCD接口。本发明检测精度高，功耗、体积和重量小，成本低，只需要电池供电，不需要外界220V交流电。

Description

一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置

技术领域

本发明属于气体检测领域，具体涉及一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置，适用于电力设备中SF6气体泄露点的定位检测。

背景技术

SF6是一种无色、无味、无毒、人工合成的惰性气体，分子量为146。SF6气体具有优异的灭弧和绝缘性能，在同等条件下，其绝缘能力是空气的215 倍以上，灭弧能力是空气的100倍以上，因此广泛应用在电力系统中，如：断路器、 高压变压器、气封闭组合电容器、高压传输线、互感器等。但由于设备老化以及环境因素的影响等原因而导致SF6气体会发生泄漏，使得其灭弧和绝缘性能下降，从而影响线路的使用安全，必须及时检查SF6气体的发生泄漏情况。目前常用的检漏方法有常规检漏法和光学成像检漏法。常规检漏方法有包扎法、刷肥皂泡法、定性定量检漏仪法等，这些方法都需要停电作业，不仅工作量大，而且很难精确定位漏点。光学成像检漏法可以在不停电情况下实时地发现电气设备中的SF6气体泄漏状况，检测的结果非常准确和直观。光学成像检漏法主要有激光成像检漏法和红外光谱成像检漏法，目前常用的是激光成像检漏法。激光成像检漏法是主动成像检测法，原理是由激光器发出一束激光，通过后向散射进行光学成像，缺点是价格昂贵，设备笨重、体积大、功耗高，不便携带。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供了一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置，该装置测量精度高，成本低，重量轻，功耗低，方便携带。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置，包括电池模块、红外镜头模块、UFPA模块、信号处理模块、LCD模块和电源转换模块，其中，

红外镜头模块，用于将SF6气体与背景红外辐射特征信号聚焦在UFPA模块上；

UFPA模块，将通过红外镜头模块得到的SF6气体与背景红外辐射特征信号转换成电压信号传送到信号处理模块；

信号处理模块，将通过UFPA模块得到的电压信号进行非均匀性校正、非线性拉伸、特征检测和伪彩色变换后得到的数字图像信号传送到LCD模块；

LCD模块，将通过信号处理模块得到的数字图像信号进行显示；

电源转换模块，与电池模块连接，用于将电池模块输出的电压转换成相应的电压分别给UFPA模块、信号处理模块和LCD模块供电。

如上所述的红外镜头模块包括依次叠放的第一锗透镜、第二锗透镜、第三锗透镜、第四锗透镜、带通滤波片、第五锗透镜、第六锗透镜和第七锗透镜。

如上所述的UFPA模块包括UPFA阵列、放大模块、转换模块和驱动模块，其中，

驱动模块，分别给UPFA阵列和转换模块提供时钟；

UFPA阵列，在驱动模块提供的时钟的驱动下将红外镜头模块得到的SF6气体与背景红外辐射特征信号转换成对应的电压模拟信号；

放大模块，将UFPA阵列输出的电压模拟信号进行放大，并输出到转换模块；

转换模块，在驱动模块提供的时钟的驱动下将从放大模块得到的放大信号进行模数转换并输出到信号处理模块。

如上所述的信号处理模块包括运算处理模块、ROM模块、RAM模块和LCD接口，运算处理模块分别与ROM模块、RAM模块、LCD接口和UPFA模块连接，LCD接口与LCD模块连接。

与现有激光成像装置相比，各项技术指标实验数据如下表。

	本发明装置	激光成像装置
			10米检测精度（PPM）	20	30
功耗（W/H）	24	130
			重量（Kg）	4.5	15
体积（mm×mm×mm）	400×200×150	1200×550×300
			成本（万元）	15	35

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：

1、功耗低；

2、成本低；

3、精度高；

4、体积小、重量轻；

5、利用电池供电，不需要市电供电，方便携带。

附图说明

图1是一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置的原理示意图。

图2是图1中红外镜头模块的原理示意图。

图3是图1中UPFA模块的原理示意图。

图4是图1中信号处理模块的原理示意图。

图5是一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置中电源原理示意图。

图中：1-红外镜头模块；2-UFPA模块；3-信号处理模块；4-LCD模块；5-电池模块（11.4V/7200mAH）；6-电源转换模块；201-UFPA阵列（FPA30）；202-放大模块（AD8031）；203-转换模块（AD9016）；204-驱动模块（XC95288）；301-运算处理模块（OMAP3530）；302-ROM模块（MT47H64）；303-RAM模块（DDR）；304-LCD接口；F1-第一锗透镜；F2-第二锗透镜；F3-第三锗透镜；F4-第四锗透镜；F5-第五锗透镜；F6-第六锗透镜；F7-第七锗透镜；FL-带通滤波片。    

    具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

实施例1：

如图1、图5所示，一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置，包括电池模块5，还包括红外镜头模块1、UFPA模块2、信号处理模块3、LCD模块4和电源转换模块6。其中，红外镜头模块1，用于将SF6气体与背景红外辐射特征信号聚焦在UFPA模块2上；UFPA模块2，将通过红外镜头模块1得到的SF6气体与背景红外辐射特征信号转换成电压信号传送到信号处理模块3；信号处理模块3，将通过UFPA模块2得到的电压信号进行非均匀性校正、非线性拉伸、特征检测和伪彩色变换后得到的数字图像信号传送到LCD模块4；LCD模块4，将通过信号处理模块3得到的数字图像信号进行显示；电源转换模块6，与电池模块5连接，用于将电池模块5输出的电压转换成相应的电压分别给UFPA模块2、信号处理模块3和LCD模块4供电。

如图2所示，红外镜头模块1包括依次叠放的第一锗透镜F1、第二锗透镜F2、第三锗透镜F3、第四锗透镜F4、带通滤波片FL、第五锗透镜F5、第六锗透镜F6和第七锗透镜F7。

如图3所示，UFPA模块2包括UPFA阵列201、放大模块202、转换模块203和驱动模块204。其中，驱动模块204，分别给UPFA阵列201和转换模块203提供时钟；UPFA阵列201，在驱动模块204提供的时钟的驱动下将红外镜头模块1得到的SF6气体与背景红外辐射特征信号转换成对应的电压模拟信号；放大模块202，将UPFA阵列201输出的电压模拟信号进行放大得到放大调制信号输出到转换模块203；转换模块203，在驱动模块204提供的时钟的驱动下将从放大模块202得到的放大调制信号进行模数转换并输出到信号处理模块3。

如图4所示，信号处理模块3包括运算处理模块301、ROM模块302、RAM模块303和LCD接口304，运算处理模块301分别与ROM模块302、RAM模块303、LCD接口304和UPFA模块2连接，LCD接口304与LCD模块4连接。

红外镜头模块1与UFPA模块2用标准的F接口相连接，作用是将SF6气体与背景的红外辐射特征信号聚焦在UPFA模块2上，由UFPA模块2将温度信息转换为电压信息；UFPA模块2与信号处理模块3通过20针软线电缆相连，信号处理模块3的作用是将UFPA模块2输出的电压信号进行非均匀性校正、非线性拉伸、特征检测、伪彩色变换后，将数字图像信号送至LCD模块4，信号处理模块3与LCD模块4通过30针软线电缆相连；LCD模块4的作用是将信号处理模块3处理后的图像显示出来；电源转换模块6将电池模块5输入的11.4V电压转换成+1.8V、+3.3V、+5V、+12V电压信号，为UFPA模块2、信号处理模块3和LCD模块4提供电源。

红外镜头模块1包括第一锗透镜F1、第二锗透镜F2、第三锗透镜F3、第四锗透镜F4、一片中心波长为10.6μm，带宽200nm，中心波长透过率为86%的带通滤波片FL、第五锗透镜F5、第六锗透镜F6和第七锗透镜F7，七片锗透镜F1 ~F7分为前后两部分，前部分包括四片锗透镜F1~F4，作用是将收集的红外线变成平行光通过带通滤波片FL，带通滤波片FL的作用是进行光学滤波，只允许波长10.5μm—10.7μm的红外线通过，后部分由三片锗透镜F5~F7构成，将通过带通滤波片FL的波长为10.5μm—10.7μm的红外平行光线会聚在UFPA模块2上。

UFPA阵列201的型号为FPA30，在驱动模块204的时钟下工作，作用是将红外镜头模块1会聚的SF6气体与背景红外辐射特征信号转换为电压信号，即实现光电转换；驱动模块204由一片高速可编程逻辑电路构成，型号为XC95288，该电路提供UFPA阵列201所需要的时钟信号，同时提供场同步信号VS、行同步信号HS、像素时钟信号CLK；UFPA模块2输出的信号较小，须经放大模块202放大，放大模块202的型号为AD8031，放大后的信号再由转换模块203将模拟信号变换成数字信号，转换模块203的型号为AD9016，转换精度为16位，转换速率为20MHz。

信号处理模块3型号为OMAP3530，主频为720MHz；数据存储器RAM模块303为DDR，型号为MT47H64，存储空间达到64MB，用来存储红外光谱图像数据；程序存储器ROM模块302型号为MT29FG08X，存储容量为128MB，可用来存储OMAP3530的程序代码。OMAP3530能够直接接受标准的视频数字信号，能与UFPA模块2直接相连接。信号处理模块3作用是把UFPA模块2输出的红外数字红外光谱图像信号进行处理后送至LCD模块4进行显示。

LCD模块4尺寸为4.3英寸TFT真彩液晶显示器，型号为LTFT320B，像素大小为320×240。也可以是３.５英寸或５.７英寸，作用是显示红外光谱的图像。LCD模块4能与信号处理模块3直接相连。

电池模块5为11.4Ｖ、7200ｍＡＨ的锂电池。电源转换模块6包括一开关电源电路，将11.4V的电压转换成+1.8V、+3.3V、+5V、+12V的四种直流电压信号。、+5V、+12V的四种直流电压信号。

Claims (4)

1.一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置，包括电池模块（5），其特征在于：还包括红外镜头模块（1）、UFPA模块（2）、信号处理模块（3）、LCD模块（4）和电源转换模块（6），其中，

红外镜头模块（1），用于将SF6气体与背景红外辐射特征信号聚焦在UFPA模块（2）上；

UFPA模块（2），将通过红外镜头模块（1）得到的SF6气体与背景红外辐射特征信号转换成电压信号传送到信号处理模块（3）；

信号处理模块（3），将通过UFPA模块（2）得到的电压信号进行非均匀性校正、非线性拉伸、特征检测和伪彩色变换后得到的数字图像信号传送到LCD模块（4）；

LCD模块（4），将通过信号处理模块（3）得到的数字图像信号进行显示；

电源转换模块（6），与电池模块（5）连接，用于将电池模块（5）输出的电压转换成相应的电压分别给UFPA模块（2）、信号处理模块（3）和LCD模块（4）供电。

2.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的红外镜头模块（1）包括依次叠放的第一锗透镜（F1）、第二锗透镜（F2）、第三锗透镜（F3）、第四锗透镜（F4）、带通滤波片（FL）、第五锗透镜（F5）、第六锗透镜（F6）和第七锗透镜（F7）。

3.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的UFPA模块（2）包括UPFA阵列（201）、放大模块（202）、转换模块（203）和驱动模块（204），其中，

驱动模块（204），分别给UPFA阵列（201）和转换模块（203）提供时钟；

UFPA阵列（201），在驱动模块（204）提供的时钟的驱动下将红外镜头模块（1）得到的SF6气体与背景红外辐射特征信号转换成对应的电压模拟信号；

放大模块（202），将UFPA阵列（201）输出的电压模拟信号进行放大，并输出到转换模块（203）；

转换模块（203），在驱动模块（204）提供的时钟的驱动下将从放大模块（202）得到的放大信号进行模数转换并输出到信号处理模块（3）。

4.根据权利要求1所述的一种基于红外光谱成像技术的SF6气体泄漏检测装置，其特征在于：所述的信号处理模块（3）包括运算处理模块（301）、ROM模块（302）、RAM模块（303）和LCD接口（304），运算处理模块（301）分别与ROM模块（302）、RAM模块（303）、LCD接口（304）和UPFA模块（2）连接，LCD接口（304）与LCD模块（4）连接。

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