CN103424673A

CN103424673A - 电晕检测系统及其电晕检测方法

Info

Publication number: CN103424673A
Application number: CN2013102393424A
Authority: CN
Inventors: 陶春先; 卢忠荣; 张大伟; 何梁; 洪瑞金; 黄元申; 倪争技
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2013-12-04

Abstract

本发明提供了一种基于日盲紫外光来对高压设备发生电晕时形成的电晕光源进行检测的电晕检测系统，其特征在于，包括：聚焦透镜，形成聚焦光；分光镜，将聚焦光形成透射光和反射光；日盲滤光片，被设置在透射光的光路上，用于滤除透射光中的背景光；紫外光变频CCD，用于接收日盲紫外光的入射；可见光CCD，用于接收反射光的入射；以及控制部，分别连接紫外光变频CCD和可见光CCD，其中，紫外光变频CCD具有：紫外变频感光构件，包括除去保护玻璃后所形成的感光面元、被直接镀制到感光面元上的荧光膜和镀制在荧光膜表面的紫外增透膜；保护窗，覆盖在紫外变频感光构件上；以及透镜镜头，沿着紫外变频感光构件、保护窗的方向顺次排列在最外侧。

Description

电晕检测系统及其电晕检测方法

技术领域

本发明属于高压输变电设备的安全检测领域，涉及一种应用于高压设备的电弧、电晕以及局部放电检测的电力检测系统，特别涉及一种根据日盲紫外光来检测电晕的电晕检测系统及其电晕检测方法。

背景技术

如今，紫外探测技术已经越来越广泛应用于电力领域、警用领域、医用领域以及森林防火等多个领域。例如，在警用领域中，将其主要用来指纹检测、文字痕迹等；在电力领域中，主要用于输电线路、高压电器、绝缘子等的电晕放电检测，以便在发生破坏性危害前提早采取预防措施。

随着我国对电力需求的不断提高，特别是在超高压直流输变电系统的应用中，确保电力系统的安全可靠运行尤为重要。伴随着电弧、电晕以及局部放电等因素往往会损害高压设备，甚至可能引发电力系统瘫痪的危害。

正如发生在高压传输线上的电晕放电，不仅会引起电能的损耗，还会对广播电视信号产生干扰。对输电线路，特别是远距离输电线路的电晕活动进行空中探测，有助于对线路和输变电设备的安全。然而，电晕放电会严重地影响人身安全，因此，及时准确地检测电晕放电的位置和强弱对保证电力系统可靠运行、减少设备损坏和确保人身安全具有重要的意义。同时，成功进行提前检测预警可以为电力公司节省数千万元的费用，所以对架空输电线路和变电设备产生的电晕进行探测具有极大的商业价值。

当前，通常情况下用于检测电晕放电的设备为紫外成像仪，在紫外成像仪中主要采用能够进行紫外光谱成像的背照式紫外图像传感器（紫外CCD），虽然从仪器体积和和设计上较为方便，但是紫外CCD制备技术较复杂，成本很高，从而也推高了紫外成像仪的价格，使其非常昂贵。

因此，缺乏一种将性价比高的普通可见光图像传感器（可见光CCD）和紫外变频成像技术相结合代替成本高昂的紫外CCD来进行电晕检测的技术方案，该技术方案将会对行业的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、结构简单的电晕检测系统及其电晕检测方法。

本发明提供的一种基于日盲紫外光来对高压设备发生电晕时形成的电晕光源进行检测的电晕检测系统，具有这样的特征，包括：聚焦透镜，对电晕光源所发出的辐射光进行聚焦，以形成聚焦光；分光镜，用于接收聚焦光来分别形成透射光和反射光；日盲滤光片，被设置在透射光的光路上，用于滤除透射光中的背景光后以形成日盲紫外光；紫外光变频图像传感器，用于接收日盲紫外光的入射；可见光图像传感器，用于接收反射光的入射；以及控制部，分别连接紫外光变频图像传感器和可见光图像传感器，其中，紫外光变频图像传感器具有：紫外变频感光构件，包括除去保护玻璃后所形成的感光面元、被直接镀制到感光面元上的荧光膜和镀制在荧光膜表面的紫外增透膜；保护窗，覆盖在紫外变频感光构件上，用于保护紫外变频感光构件；以及透镜镜头，沿着紫外变频感光构件、保护窗的方向顺次排列在最外侧。

在本发明的电晕检测系统中，还可以具有这样的特征：其中，能够将日盲紫外光变频转变为能被感光面元感应到的可见光波段的荧光膜，为一种晕苯荧光薄膜。

在本发明的电晕检测系统中，还可以具有这样的特征：其中，聚焦透镜采用石英或者萤石材料。

在本发明的电晕检测系统中，还可以具有这样的特征：其中，保护窗、透镜镜头采用石英材料。

在本发明的电晕检测系统中，还可以具有这样的特征：其中，日盲紫外光所放出的紫外波段范围为230至405nm。

在本发明的电晕检测系统中，还可以具有这样的特征：其中，紫外光变频图像传感器和可见光图像传感器分别采集到电晕信号和背景信号，控制部中包括数据采集卡和计算机，数据采集卡将电晕信号和背景信号转换为相应的数字信号，并传输给计算机。

另外，本发明还提供了一种基于日盲紫外光来对高压设备发生电晕时形成的电晕光源进行检测的电晕检测方法，具有这样的特征，具有以下步骤：采用聚焦透镜对电晕光源发出的辐射光进行聚焦以形成聚焦光；聚焦光经分光镜分别被透射和反射，形成了透射光和反射光；透射光经过日盲滤光片后，有效滤除透射光中背景光后形成了日盲紫外光；利用紫外光变频图像传感器来接收日盲紫外光的入射，以形成电晕信号；利用可见光图像传感器来接收反射光的入射，以形成背景信号；通过数据采集卡将电晕信号和背景信号转换为相应的数字信号，并分别传输到转移到计算机，分别进行电晕的探测和定位；计算机对由电晕信号形成的电晕图像和由背景信号形成的背景图像进行融合，得到电晕放电图像。

本发明的作用和效果：

根据本发明提供一种电晕检测系统，因为电晕光源中的日盲紫外光处于日盲紫外波段范围中。

电晕光源经过分光镜后形成透射光，所采用的日盲滤光片可有效滤除透射光中的背景光例如可见光、太阳紫外光等，避免了背景光、太阳光中的紫外光干扰。紫外光变频图像传感器所接收到的为电晕光源中存留的日盲紫外光，在紫外光变频图像传感器（紫外光变频CCD）中，覆盖在感光面元上的荧光膜能够将入射的日盲紫外光进行变频，并且转变到能够被普通的感光面元响应的可见光波段，因此感光面元能够基于该日盲紫外光来检测电晕光源的变化，从而达到电晕检测的目的。最后为防止落入灰尘、静电产生及触碰损伤，还在整个紫外变频感光构件上覆盖一个保护窗。

同时，利用普通的可见光图像传感器来对可见光进行检测，控制部就根据由紫外光变频图像传感器和可见光图像传感器传输来的图像信号得到融合的电晕图像，对电晕进行探测和定位。

该电晕检测系统利用普通的光学镜片、图像传感器等结构简单，并且所采用的紫外光变频图像传感器成本低，可拉低电晕检测系统的整体价格，适宜推广。

附图说明

图1是本发明的实施例中电晕检测系统的结构示意图；

图2是本发明的实施例中紫外光变频图像传感器中紫外变频感光构件的结构顺序示意图；以及

图3是本发明的实施例中紫外光变频图像传感器的响应光谱图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的实施例中电晕检测系统100的结构示意图。

如图1所示，本实施例中的电晕检测系统100用于对高压设备发生电晕时形成的电晕光源200进行检测，该电晕检测系统100包括聚焦透镜1、分光镜2、日盲滤光片3、紫外光变频图像传感器4（紫外光变频CCD）、可见光图像传感器5（可见光CCD）以及控制部6。

聚焦透镜1对电晕光源200所发出的辐射光进行聚焦，由辐射光形成了聚焦光。在本实施例中，聚焦透镜1采用JGS1材料的石英透镜。

顺着聚焦光，在聚焦透镜1之后设有分光镜2，用于接收聚焦光，经过分光镜2的透射和反射，聚焦光形成了两个光路，分别为透射光和反射光。

在透射光的方向上，日盲滤光片3被设置在该透射光的光路上，该日盲滤光片3可以滤除透射光中的背景光，滤除了例如可见光和太阳紫外光等。透射光经过滤除后形成了日盲紫外光，接着使该日盲紫外光入射进入紫外光变频图像传感器4，本实施例中的电晕检测系统100就是基于该日盲紫外光来对发生电晕时的电晕光源200进行检测的。

顺着透射光的方向，紫外光变频图像传感器4依次具有透镜镜头7、保护窗8以及紫外变频感光构件9。

在反射光的方向上，反射光由分光镜2射出后，可见光图像传感器5接收反射光的入射。可见光图像传感器5为前照式可见光CCD，响应波段在400nm-750nm。

控制部6分别连接紫外光变频图像传感器4和可见光图像传感器5，紫外光变频图像传感器4采集到电晕信号，可见光图像传感器5采集到背景信号。控制部6中包括数据采集卡10和计算机11，数据采集卡10将电晕信号和背景信号转换为相应的数字信号，并通过USB数据线传输给计算机11，通过与图像传感器（CCD）匹配专用的图像处理软件即可分别观察到日盲紫外电晕图像和可见电晕图像，通过数据处理还可以得到融合的电晕图像。

图2是本发明的实施例中紫外光变频图像传感器4中紫外变频感光构件9的结构顺序示意图。

如图2所示，在本实施的紫外光变频图像传感器4中，如图中所示F箭头的方向为透射光的入射方向,顺着透射光，依次具有透镜镜头7、保护窗8以及紫外变频感光构件9。

保护窗8覆盖在紫外变频感光构件9上，用于保护紫外变频感光构件9。透镜镜头7沿着紫外变频感光构件9、保护窗8的方向顺次排列在紫外光变频图像传感器4的最外侧。采用了JGS1材料的石英保护窗8可以防止落入灰尘、静电产生及触碰损伤，透镜镜头7采用不吸收紫外光的石英镜头。

在紫外变频感光构件9中，具有一个感光面元12、荧光膜13以及紫外增透膜14。该感光面元12是将传统前照式的可见光CCD中的采用热方法保护玻璃除去后而形成的，该前照式的可见光CCD的响应波段在400nm-750nm。在制备紫外变频感光构件9时，可取一个熔融石英玻璃片，利用真空热蒸发的方法在其表面均匀镀制一层具有紫外变频功能的晕苯（Coronene）荧光膜13，即在感光面元12上就直接镀制了一层荧光膜13。在荧光膜13表面又镀制一层紫外增透膜14。

图3是本发明的实施例中紫外光变频图像传感器4的响应光谱图。

本实施例中，荧光膜13能够将日盲紫外光变频转变为能被感光面元12感应到的可见光波段。

如图3所示，连续的倒三角表示的是，入射的日盲紫外光的激发谱曲线15。连续的圆点表示的是，变频后可被感应可见光的发射谱曲线16。其中，由激发谱曲线15可知，入射的日盲紫外光的波长范围为230至405nm。由发射谱曲线16可知，出射的可被感光面元12感应到的波长范围为500至650nm。

另外，本实施例中，还提供了一种基于日盲紫外光来对高压设备发生电晕时形成的电晕光源200进行检测的电晕检测方法，是一种基于双光路信号采集方法，具有以下步骤：

采用聚焦透镜1对电晕光源200发出的辐射光进行聚焦以形成聚焦光；

聚焦光经分光镜2分别被透射和反射，形成了透射光和反射光；

透射光经过日盲滤光片3后，有效滤除透射光中背景光后形成了日盲紫外光；

利用紫外光变频图像传感器4来接收日盲紫外光的入射，以形成电晕信号；

利用可见光图像传感器5来接收反射光的入射，以形成背景信号；

通过数据采集卡10将电晕信号和背景信号转换为相应的数字信号，并分别传输到转移到计算机11，分别进行电晕的探测和定位；

计算机11对由电晕信号形成的电晕图像和由背景信号形成的背景图像进行融合，从而得到电晕放电图像。

本实施例的作用和效果：

根据本实施例提供一种电晕检测系统，因为电晕光源中的日盲紫外光处于日盲紫外波段范围中。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

在本实施例中，聚焦透镜采用对紫外无吸收的石英透镜，当然也可以采用其他不吸收紫外的透镜，例如氟化钙（CaF2）萤石透镜等。

在本实施例中，镀制荧光膜时，是在熔融石英玻璃片上利用真空热蒸发的方法，本发明可采用真空物理沉积或旋涂镀膜方法。

在本发明提供的电晕检测系统以及电晕检测方法不仅可以应用于高压设备发生电晕时的电晕检测，还可以应用于可发射出日盲紫外光的电力检测中。另外在进行检测模拟试验时，可采用氙灯光源来模拟电晕光源。

Claims

1.一种基于日盲紫外光来对高压设备发生电晕时形成的电晕光源进行检测的电晕检测系统，其特征在于，包括：

聚焦透镜，对所述电晕光源所发出的辐射光进行聚焦，以形成聚焦光；

分光镜，用于接收所述聚焦光来分别形成透射光和反射光；

日盲滤光片，被设置在所述透射光的光路上，用于滤除所述透射光中的背景光后以形成日盲紫外光；

紫外光变频图像传感器，用于接收所述日盲紫外光的入射；

可见光图像传感器，用于接收所述反射光的入射；以及

控制部，分别连接所述紫外光变频图像传感器和所述可见光图像传感器，

其中，所述紫外光变频图像传感器具有：

紫外变频感光构件，包括除去保护玻璃后所形成的感光面元、被直接镀制到所述感光面元上的荧光膜和镀制在所述荧光膜表面的紫外增透膜；

保护窗，覆盖在所述紫外变频感光构件上，用于保护所述紫外变频感光构件；以及

透镜镜头，沿着所述紫外变频感光构件、所述保护窗的方向顺次排列在最外侧。

2.根据权利要求1中所述的电晕检测系统，其特征在于：

其中，能够将所述日盲紫外光变频转变为能被所述感光面元感应到的可见光波段的所述荧光膜，为一种晕苯荧光薄膜。

3.根据权利要求1中所述的电晕检测系统，其特征在于：

其中，所述聚焦透镜采用石英或者萤石材料。

4.根据权利要求1中所述的电晕检测系统，其特征在于：

其中，所述保护窗、所述透镜镜头采用石英材料。

5.根据权利要求1中所述的电晕检测系统，其特征在于：

其中，所述日盲紫外光所放出的紫外波段范围为230至405nm。

6.根据权利要求1中所述的电晕检测系统，其特征在于：

其中，所述紫外光变频图像传感器和所述可见光图像传感器分别采集到电晕信号和背景信号，

所述控制部中包括数据采集卡和计算机，所述数据采集卡将所述电晕信号和所述背景信号转换为相应的数字信号，并传输给所述计算机。

7.一种基于日盲紫外光来对高压设备发生电晕时形成的电晕光源进行检测的电晕检测方法，其特征在于，具有以下步骤：

采用聚焦透镜对电晕光源发出的辐射光进行聚焦以形成聚焦光；

所述聚焦光经分光镜分别被透射和反射，形成了透射光和反射光；

所述透射光经过所述日盲滤光片后，有效滤除所述透射光中背景光后形成了日盲紫外光；

利用所述紫外光变频图像传感器来接收所述日盲紫外光的入射，以形成电晕信号；

利用所述可见光图像传感器来接收所述反射光的入射，以形成背景信号；

通过数据采集卡将所述电晕信号和所述背景信号转换为相应的数字信号，并分别传输到转移到计算机，分别进行电晕的探测和定位；

所述计算机对由所述电晕信号形成的电晕图像和由所述背景信号形成的背景图像进行融合，得到电晕放电图像。