CN103135044B - 单激光定位电晕紫外探测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单激光定位电晕紫外探测仪，包括紫外镜头、紫外探测器、信号处理电路、数据显示器和激光观察镜，紫外镜头和紫外探测器共一个光轴，紫外探测器与信号处理电路电连接，信号处理电路与数据显示器电连接，紫外镜头上套装有激光器基座，激光器基座上安装一个可见光激光器，可见光激光器通过激光器驱动电路与信号处理电路电连接，可见光激光器出射光束靠近并平行于紫外镜头的光轴，优点是可以快速找到绝缘子大致哪个部位发生了放电，或者哪个绝缘子发生了放电，达到了对绝缘子的放电位置进行定位的目的。

Description

单激光定位电晕紫外探测仪

技术领域

本发明涉及一种电晕紫外探测仪，尤其是涉及一种单激光定位电晕紫外探测仪。

背景技术

随着我国电网规模的迅猛发展，电力设备的局部放电故障问题日益突出。局部放电故障早期一般表现为电晕放电，电晕放电是指电极附近电场强度超过一定值后，导致周围气体（通常是空气）局部电离而产生的一种自持放电现象。电晕属于高压脉冲放电，放电过程中会伴随等离子体的产生，它会使空气发生化学反应，产生臭氧及氧化氮等产物，引起电气设备的绝缘腐蚀和损坏，进而造成严重事故和电网瘫痪。

国际照明委员会（CIE）对紫外辐射波段进行了定义，即 100nm～400nm 的电磁辐射称为紫外线。具体分三个波段，即 UVA、UVB 和 UVC。 其中 UVC 波段范围为 100nm～280nm，其中 100nm～200nm 属真空紫外，在空气中很快被氧吸收（形成臭氧），而太阳光谱中200nm～280nm 波段的光在穿越大气平流层时又会被臭氧层强烈吸，这个波段被称为日盲紫外波段。因此地面上缺少100-280nm波段的紫外光，在地面对UVC紫外波段的目标进行检测，即使晴朗的白天也可以避免太阳光的背景干扰，检测的准确度极高。

而电力设备早期局部放电放电正好会发出UVC波段的光，因此近年来针对UVC波段进行的电力设备早期放电紫外检测技术逐渐兴起，并且在西方国家电力系统中得到了极大推广应用，在我国也越来越受到重视。毫无疑问，如果能对电力设备的早期放电进行检测就可以及时预防电力事故的发生。

然而目前由于我国高灵敏度的日盲紫外成像器件研究尚不成熟，采用国外高性能紫外成像器件价格又非常昂贵，因此我国在电晕紫外成像仪实用化研究方面面临很大困难。但采用单元（非成像）探测方法进行电晕紫外辐射强度检测是一种比较合适的技术，技术难度相对较低，仪器的开发成本比电晕紫外成像仪低很多，但目前很多单元紫外探测技术缺少目标定位系统。单元探测技术如果缺少专门的定位系统，带来的后果是无法判断绝缘子的那个部位出现电晕放电，甚至哪个绝缘子出现电晕放电也无法判断清楚。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种单激光定位电晕紫外探测仪

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：单激光定位电晕紫外探测仪，包括紫外镜头、紫外探测器、信号处理电路、数据显示器和激光观察镜，所述的紫外镜头和紫外探测器共一个光轴，所述的紫外探测器与所述的信号处理电路电连接，所述的信号处理电路与所述的数据显示器电连接，所述的紫外镜头上套装有激光器基座，所述的激光器基座上安装一个可见光激光器，可见光激光器通过激光器驱动电路与信号处理电路电连接，所述的可见光激光器出射光束靠近并平行于紫外镜头的光轴。

所述的激光器基座上设置有与紫外镜头配合安装的大螺纹孔和固定可见光激光器的小圆孔，小圆孔位于大螺纹孔的正上方，激光器基座内与小圆孔垂直的方向上还钻有一个小螺纹孔，用螺钉通过小螺纹孔将可见光激光器压紧，激光器基座由铝或塑料制成。

紫外镜头包括镜筒、凸透镜和光阑，镜筒的内径为10mm-40mm，镜筒的长度为内径的5-10倍，所述的紫外探测器安装在所述的镜筒之后，凸透镜装在镜筒的中后端，光阑装在镜筒后端且位于紫外探测器与凸透镜之间，镜筒的内表面有消光螺纹且呈黑色。

紫外镜头为卡塞格伦镜头，紫外探测器安装在卡塞格伦镜头的后面，卡塞格伦镜头包括镜筒、抛物面主反射镜和双曲面次反射镜，所述的抛物面主反射镜位于镜筒的后端，抛物面主反射镜和双曲面次反射镜共一光轴，双曲面次反射镜位于抛物面主反射镜的前面且位于抛物面主反射镜的焦点以内，镜筒的内表面有消光螺纹且呈黑色。

紫外探测器为响应波段为100-280nm的单元光探测器或由宽光谱单元探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成。

信号处理电路由紫外光强信号采集电路、数据分析电路和激光器驱动控制电路构成，所述的数据显示器为液晶显示屏或由数码显示管构成。

所述的紫外镜头与激光器基座通过螺纹配合。

还包括外壳，所述的紫外探测器、信号处理电路和数据显示器设置在所述的外壳内，所述的激光观察镜固定在外壳的上方，激光观察镜中安装有与可见光激光器工作波长相匹配的窄带滤光片。

还包括外壳，所述的紫外探测器、信号处理电路和数据显示器设置在所述的外壳内，激光观察镜位于外壳外部，激光观察镜由眼镜表面贴可见光窄带带通滤光片构成。

可见光激光器工作波长在630-700nm或500-570nm范围内。

与现有技术相比，本发明的优点是通过小视场角的紫外镜头进行放电紫外探测，将视场范围尽可能限制到最小；同时通过单激光束照射到绝缘子上形成激光光斑，激光光斑下方距离为h的位置大致就是放电最为剧烈的地方，这些利用激光观察镜可以观察得到。这样可以快速找到绝缘子大致哪个部位发生了放电，或者哪个绝缘子发生了放电，达到了对绝缘子的放电位置进行定位的目的。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为激光器基座结构示意图；

图3为本发明实施例一的紫外镜头的结构图；

图4为本发明实施例二的紫外镜头的结构图；

图5本发明中激光观察镜看到的放电绝缘子位置和激光光斑分布图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：单激光定位电晕紫外探测仪，如图1所示，包括紫外镜头1、紫外探测器3、信号处理电路6、数据显示器7和激光观察镜8，紫外镜头1和紫外探测器3共一个光轴31，紫外探测器3与信号处理电路6电连接，信号处理电路6与数据显示器7电连接，紫外镜头1上套装有激光器基座2，激光器基座2上安装一个可见光激光器4，可见光激光器4通过激光器驱动电路5与信号处理电路6电连接，可见光激光器4出射光束41靠近并平行于紫外镜头1的光轴31，光束41与光轴31的距离为h，在安装位置允许的情况下让两个光轴尽量靠近。

可见光激光器4工作波长在630-700nm或500-570nm范围内。

如图2所示，激光器基座2上设置有与紫外镜头1配合安装的大螺纹孔21和固定可见激光器4的小圆孔22，小圆孔22位于大螺纹孔21的正上方，激光器基座2内与小圆孔22垂直的方向上还钻有一个小螺纹孔23，用螺钉通过小螺纹孔23将可见光激光器4压紧，激光器基座2由铝或塑料制成。

如图3所示，紫外镜头1包括镜筒1A、凸透镜10和光阑11，镜筒1A的内径为10mm-40mm，镜筒1A的长度为内径的5-10倍，紫外探测器3安装在镜筒之后，凸透镜10装在镜筒的中后端，光阑11装在镜筒后端且位于紫外探测器3与凸透镜10之间，镜筒1A的内表面有消光螺纹且呈黑色。

紫外探测器3为响应波段为100-280nm的单元光探测器或由宽光谱单元探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成。

信号处理电路6由紫外光强信号采集电路、数据分析电路和激光器驱动控制电路构成，数据显示器7为液晶显示屏或由数码显示管构成。

紫外镜头1与激光器基座2通过螺纹配合。

还包括外壳，紫外探测器3、信号处理电路6和数据显示器7设置在外壳内，激光观察镜8固定在外壳的上方，激光观察镜8中安装有与可见光激光器工作波长相匹配的窄带滤光片81。

还包括紫外探测器3、信号处理电路6和数据显示器7设置在所述的外壳内，激光观察镜8位于外壳外部，激光观察镜8由眼镜表面贴可见光窄带带通滤光片81构成。

实施例二：其他部分与实施例相同，不同之处在于如图4所示，紫外镜头1为卡塞格伦镜头，紫外探测器3安装在卡塞格伦镜头1的后面，卡塞格伦镜头包括镜筒1B、抛物面主反射镜和双曲面次反射镜，抛物面主反射镜15位于镜筒的后端，抛物面主反射镜15和双曲面次反射镜16共一光轴，双曲面次反射镜16位于抛物面主反射镜15的前面且位于抛物面主反射镜15的焦点以内。镜筒1B的内表面有消光螺纹且呈黑色。激光观察镜8也可以不在外壳上，激光观察镜8由眼镜表面贴可见光窄带带通滤光片构成。

探测紫外信号时，放电绝缘子9放电发出的紫外光信号到达紫外镜头1，紫外镜头1的结构使得只有靠近光轴31中心的光线才能照射到紫外探测器3上。因为紫外探测器3由响应波段在100-280nm范围内的光探测器构成，也可以由宽光谱探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成，所以紫外探测器3只对100-280nm范围内的电晕紫外信号进行响应，这样即使在晴朗的白天也会避开太阳光的干扰，信号误检率低。

紫外探测器3感应到电晕紫外辐射的信号时，会感应出电压或者电流信号，这时通过信号处理电路6，对感应出来的电压或者电流信号进行放大，并进行数据采集，最后将紫外光强信号由数据显示器7进行显示。信号处理电路6除了对紫外光强进行信号采集之外，还能够控制可见光激光器驱动电路，当需要可见光激光器工作时，由信号处理电路6给出一个“接通”开关信号，从而接通激光器驱动电路。当不需要可见光激光器工作时，由电路6给出一个“断开”开关信号，从而断开激光器驱动电路5，激光器会因为缺少电源供电而停止工作。信号处理电路6可采用传统的技术方案。

激光器基座2由铝、塑料等轻质材料构成。基座2上通过内螺纹与紫外镜头1的镜筒外螺纹配合安装固定。

激光观察镜8中可见光窄带81滤光片的作用是提高激光光斑与背景物体（如绝缘子等）的对比度，即让可见激光波长的光透过，其它波长的光受到抑制。这样既能使人眼能够清楚地看见激光光斑，又能使人眼对背景物体看得较为清楚，最终能够使用者辨明激光光斑落在什么目标物体的什么位置上，满足了探测器激光定位的技术要求。

具体使用时，先开通可见光激光器1，同时观察显示器7上显示的紫外光强，进行目标区域搜索，当发现紫外光强较强时，通过激光观察镜8可以看到可见光激光束打在高压绝缘子上的光斑，这样根据可见光激光光轴41与紫外光光轴31的距离h，大致判断出是哪个绝缘子或者绝缘子的那个位置发生了放电，也就实现了对放电的绝缘子进行定位的目的。通过激光观察镜观察的景象如图5所示，绝缘子9上有单束激光光斑，在激光光斑下方大约h的地方即为放电部位。确定了放电位置后，可以通过信号处理电路6断开激光器驱动电路5，让可见光激光器停止工作，这样就可以节约仪器功耗，延长电池使用时间。

紫外镜头1如果选用图3的结构，则可以看出大入射角光线12会在镜筒内多次反射被消光螺纹消除掉了；稍大入射角的光线13经过透镜10之后会被光阑11挡住。只有很小入射角的光线14才可以照射到紫外探测器3上。紫外镜头1如果选用图4的结构，则可以看出大入射角的光线17和18在镜筒内部经过多次反射都会被消光螺纹消除掉；只有很少入射角的光线19才能照射到紫外探测器3上。因此无论哪种紫外镜头结构，都会使得探测仪器的视场角尽量小，以便缩小探测仪器的视场范围，使得检测到的目标区域尽量缩小，提高检测位置的准确性；同时又会使得视场内的紫外光信号能够集中照射到紫外探测器表面，提高仪器灵敏度。

Claims (7)

1.单激光定位电晕紫外探测仪，其特征在于包括紫外镜头、紫外探测器、信号处理电路、数据显示器和激光观察镜，所述的紫外镜头和紫外探测器共一个光轴，所述的紫外探测器与所述的信号处理电路电连接，所述的信号处理电路与所述的数据显示器电连接，所述的紫外镜头上套装有激光器基座，所述的激光器基座上安装一个可见光激光器，可见光激光器通过激光器驱动电路与信号处理电路电连接，所述的可见光激光器出射光束靠近并平行于紫外镜头的光轴；

所述的激光器基座上设置有与紫外镜头配合安装的大螺纹孔和固定可见光激光器的小圆孔，小圆孔位于大螺纹孔的正上方，激光器基座内与小圆孔垂直的方向上还钻有一个小螺纹孔，用螺钉通过小螺纹孔将可见光激光器压紧，激光器基座由铝或塑料制成；

还包括外壳，所述的紫外探测器、信号处理电路和数据显示器设置在所述的外壳内，所述的激光观察镜固定在外壳的上方，激光观察镜中安装有与可见光激光器工作波长相匹配的窄带滤光片。

2.根据权利要求1所述的单激光定位电晕紫外探测仪，其特征在于紫外镜头包括镜筒、凸透镜和光阑，镜筒的内径为10mm-40mm，镜筒的长度为内径的5-10倍，所述的紫外探测器安装在所述的镜筒之后，凸透镜装在镜筒的中后端，光阑装在镜筒后端且位于紫外探测器与凸透镜之间，镜筒的内表面有消光螺纹且呈黑色。

3.根据权利要求1所述的单激光定位电晕紫外探测仪，其特征在于紫外镜头为卡塞格伦镜头，紫外探测器安装在卡塞格伦镜头的后面，卡塞格伦镜头包括镜筒、抛物面主反射镜和双曲面次反射镜，所述的抛物面主反射镜位于镜筒的后端，抛物面主反射镜和双曲面次反射镜共一光轴，双曲面次反射镜位于抛物面主反射镜的前面且位于抛物面主反射镜的焦点以内，镜筒的内表面有消光螺纹且呈黑色。

4.根据权利要求1所述的单激光定位电晕紫外探测仪，其特征在于紫外探测器为响应波段为100-280nm的单元光探测器或由宽光谱单元探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成。

5.根据权利要求1所述的单激光定位电晕紫外探测仪，其特征在于信号处理电路由紫外光强信号采集电路、数据分析电路和激光器驱动控制电路构成，所述的数据显示器为液晶显示屏或由数码显示管构成。

6.根据权利要求1所述的单激光定位电晕紫外探测仪，其特征在于所述的紫外镜头与激光器基座通过螺纹配合。

7.根据权利要求1所述的单激光定位电晕紫外探测仪，其特征在于可见光激光器工作波长在630-700nm或500-570nm范围内。