CN105388194A - 适用于电化学传感器的信号处理分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于电化学传感器的信号处理分析方法，包括以下步骤：设定电化学传感器的采样频率，并调节进入电化学传感器的气体流量；电化学传感器对进入的气体进行采样，采样数据经过模数转换为数字信息；对数字信号进行分析；当数据信号从小变大达到1%时，开始计时并开始对数字信号进行积分运算，积分运算持续1min，从而得到积分运算结果；将得到的积分运算结果与存储的已知浓度气体的积分数据进行比对，从而得出未知浓度气体的浓度。达到了节省测试气体的目的。

Description

适用于电化学传感器的信号处理分析方法

技术领域

本发明涉及用于六氟化硫气体绝缘的高压电力设备领域，具体地，涉及一种适用于电化学传感器的信号处理分析方法。

背景技术

SF₆气体具有良好的绝缘性能和灭弧性能，现阶段被广泛应用于高压电气设备中，在正常工况下，是较为理想的绝缘及灭弧介质。其湿度、纯度的高低对设备的安全可靠工作具有直接的影响，如果SF₆气体泄漏导致密度下降、纯度降低或气体中湿度超标，高压电气设备就会存在安全隐患甚至导致事故发生。高压电力设备在运行过程中，伴随着局部放电发生，SF₆气体会产生分解物，通过监测SF₆气体的放电分解物，可以间接了解高压电力设备内部的故障情况。综上所述，对六氟化硫高压电气设备的气体湿度、纯度和放电分解物的监测成为目前电力行业对电气设备监测的一个重要的组成部分。

目前，对六氟化硫绝缘高压电气设备普遍进行定期检测，而定期检测又分2种，即现场检测和取样检测。这两种检测方法都会消耗一定的六氟化硫气体，现场检测每次至少需要消耗气体600ml~800ml，而取样检测一般每次需要消耗气体3000~4000ml。而这些电力设备还要定期检测其他数据，如微水含量、气体纯度等；因此，显然随着检测次数的增加，需要消耗大量的气体，这给电力设备的安全运行带来巨大隐患，需要定期人工补气，增加大量的人力成本和材料成本。

对于一些內储六氟化硫气体较小的电力设备，如高压互感器等，这些设备内部本来储气量就比较小，因而减少每次检测的用气量就显得尤其重要。

目前，现场检测六氟化硫气体的设备主要是采用电化学传感器原理进行检测。

传感器工作原理如下：从电化学概念上来说，传感器包括两个电极—感应电极和负电极，它们被一层电解质薄膜分离开来，它们被一个塑料壳密封起来，只留有一个小孔允许气体进入感应电极，传感器内的电极通过引脚被连接到所应用的设备上。引脚还可以与外部的电阻电路相连，这样当有电流通过是就可以测出电势差，如图1所示。扩散进入传感器的气体在感应电极表面发生氧化或还原反应，在另一电极发生与之相对的逆反应，在外部电路上形成电流。由于气体进入传感器的速度由栅孔控制，所以产生的电流与传感器外气体浓度成比例，就可以直接测量当前特征气体含量了。

如图2所示，电化学传感器接触到足量的特征气体后，电极之间产生的电流随着时间缓慢变大，到3分钟左右时，电流基本达到稳定，现有的仪器都是用这时稳定电流的大小来反映特征气体的浓度。因而，现有的采用电化学传感器的仪器都至少需要通入气体3分钟，按气体流量200ml/分钟算，至少需要消耗600ml气体。这个消耗量还是比较大的，尤其对于一些內储六氟化硫气体较小的电力设备，如高压互感器，需要尽量减少这个消耗量。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种适用于电化学传感器的信号处理分析方法，以实现节省测试气体的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于电化学传感器的信号处理分析方法，包括以下步骤：

设定电化学传感器的采样频率，并调节进入电化学传感器的气体流量；

电化学传感器对进入的气体进行采样，采样数据经过模数转换为数字信息；

对数字信号进行分析；当数据信号从小变大达到1%时，开始计时并开始对数字信号进行积分运算，积分运算持续1min，从而得到积分运算结果；

将得到的积分运算结果与存储的已知浓度气体的积分数据进行比对，从而得出未知浓度气体的浓度。

优选的，上述设定电化学传感器的采样频率中设定的采样频率为1kHz。

优选的，上述对数字信号进行积分运算，具体为对电化学传感器产生的电流值上升阶段中设定时间段的电流曲线的曲线面积进行计算。

优选的，上述调节进入电化学传感器的气体流量，气体流量设定为200ml/min。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，通过在传感器电流值上升阶段，计算1分钟时间段内电流曲线的曲线面积，通过曲线面积换算出对应的气体浓度。

采用本技术后，测量时间可以缩短到1分15秒，消耗气体200多毫升，达到了节省测试气体的目的。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为电化学传感器的结构示意图；

图2为电化学传感器信号响应图；

图3为电化学传感器对不同浓度气体的信号响应图；

图4为本发明实施例所述的适用于电化学传感器的信号处理分析方法的数据处理示意图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-毛细孔；2-薄膜；3-感应电极；4-参考电极；5-引线；6-电解液；7-引脚。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种适用于电化学传感器的信号处理分析方法，包括以下步骤：

设定电化学传感器的采样频率，并调节进入电化学传感器的气体流量；

电化学传感器对进入的气体进行采样，采样数据经过模数转换为数字信息；

对数字信号进行分析；当数据信号从小变大达到1%时，开始计时并开始对数字信号进行积分运算，积分运算持续1min，从而得到积分运算结果；

将得到的积分运算结果与存储的已知浓度气体的积分数据进行比对，从而得出未知浓度气体的浓度。

优选的，上述设定电化学传感器的采样频率中设定的采样频率为1kHz。

优选的，上述对数字信号进行积分运算，具体为对电化学传感器产生的电流值上升阶段中设定时间段的电流曲线的曲线面积进行计算。

优选的，上述调节进入电化学传感器的气体流量，气体流量设定为200ml/min。

本发明针对采用电化学传感器的气体分析仪器提供一种数据处理分析的方法，通过它可以减少测量时间，减少现场测试的耗气量。

通过图3可以看到，不同浓度的气体以固定的流量通入电化学传感器时会有不同的反应，低浓度气体通入时，传感器产生的电流上升斜率小，最终稳定下来；高浓度气体通入时，传感器产生的电流上升斜率大，最终稳定下来。而传统的检测仪器是通过检测最终稳定下来的电流值来测量气体浓度的。

如图4所示，当给传感器通入气体后，在传感器电流值上升阶段，计算在一个固定的时间段电流曲线的曲线面积，因为不同浓度的气体会有不同的斜率，因而就会有不同的曲线面积，通过曲线面积换算出对应的气体浓度。显然通过这一方法可以缩短测量时间，达到节省测试气体的目的。

本发明的检测仪器，采用与原来相同的取样流量，给传感器通入气体后，在传感器电流值上升阶段，计算1分钟时间段内电流曲线的曲线面积，通过曲线面积换算出对应的气体浓度。

采用本技术后，测量时间可以缩短到1分15秒，消耗气体200多毫升，达到了节省测试气体的目的。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于电化学传感器的信号处理分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定电化学传感器的采样频率，并调节进入电化学传感器的气体流量；

电化学传感器对进入的气体进行采样，采样数据经过模数转换为数字信息；

对数字信号进行分析；当数据信号从小变大达到1%时，开始计时并开始对数字信号进行积分运算，积分运算持续1min，从而得到积分运算结果；

将得到的积分运算结果与存储的已知浓度气体的积分数据进行比对，从而得出未知浓度气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的适用于电化学传感器的信号处理分析方法，其特征在于，上述设定电化学传感器的采样频率中设定的采样频率为1kHz。

3.根据权利要求1或2所述的适用于电化学传感器的信号处理分析方法，其特征在于，上述对数字信号进行积分运算，具体为对电化学传感器产生的电流值上升阶段中设定时间段的电流曲线的曲线面积进行计算。

4.根据权利要求3所述的适用于电化学传感器的信号处理分析方法，其特征在于，上述调节进入电化学传感器的气体流量，气体流量设定为200ml/min。