CN105973813A - 一种双通道光传感绝缘子盐密监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双通道光传感绝缘子盐密监测系统，包括光源模块、分光器模块、传感玻璃棒模块、第一光电感应模块、第二光电感应模块、主控模块以及供电模块；所述光源模块、分光器模块、传感玻璃棒模块、第一光电感应模块、第二光电感应模块、主控模块均由供电模块供电；分光器模块，用于接收光源模块发出的光信号并根据预设比值将其分为第一路光信号以及第二路光信号；第一光电感应模块，用于接收通过传感玻璃棒模块后的第一路光信号，并将其转化为第一路电信号。本发明还公开了一种双通道光传感绝缘子盐密监测方法。本发明能够有效消除因复杂的外部环境以及系统内部工作状态所带来的影响，使得检测结果更为准确可靠。

Description

一种双通道光传感绝缘子盐密监测系统及方法

技术领域

本发明涉及输电线路在线监测领域，尤其涉及一种双通道光传感绝缘子盐密监测系统及方法。

背景技术

输电线路绝缘水平对线路安全运行具有重大影响，绝缘子表面污秽物是影响其绝缘性能劣化主要因素，其所导致的输电线路污闪事故已成为电力系统的主要事故之一。因此输变电设备污秽度在线监测，对于避免电网系统污闪发生、保证高压输电系统的安全性，具有非常重要的意义和作用。光传感输变电盐密在线监测法相对于传统方法具有天然的优势：光传感方法抗电磁干扰能力强、能在恶劣复杂的极端自然环境中工作，可与现场污秽度测量及湿度温度等测量有机结合起来、弥补传统等值盐密方法的不足，无需停电能全天候实时在线对电气设备周围环境的污秽状况进行检测，从而指导输变电设备的清扫，有广泛的应用前景。

但是，现有的光传感输变电盐密在线监测技术会因外界因素复杂变化从而使得光源等光元件的工作性能产生波动，进而对测量结果造成一定的误差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双通道光传感绝缘子盐密监测系统及方法，其能解决由于复杂的外部环境或内部工作条件所带来的光源的光强起伏和探测器的转化效率变化等问题。

本发明的目的采用以下技术方案实现：

一种双通道光传感绝缘子盐密监测系统，包括光源模块、分光器模块、传感玻璃棒模块、第一光电感应模块、第二光电感应模块、主控模块以及供电模块；所述光源模块、分光器模块、传感玻璃棒模块、第一光电感应模块、第二光电感应模块、主控模块均由供电模块供电；

分光器模块，用于接收光源模块发出的光信号并根据预设比值将其分为第一路光信号以及第二路光信号；

第一光电感应模块，用于接收通过传感玻璃棒模块后的第一路光信号，并将其转化为第一路电信号；

第二光电感应模块，用于接收第二路光信号，并将其转化为第二路电信号；

主控模块，用于将接收到的第一路电信号和第二路电信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。

优选的，光源模块为一半导体激光器。

优选的，主控模块包括中央处理模块以及接口连接模块，中央处理模块包括MCU、数模转换电路以及看门狗电路，第一光电感应模块以及第二光电感应模块均通过接口连接模块与数模转换电路的输入端相连，数模转换电路的输出端以及看门狗电路均与MCU相连，MCU还通过接口连接模块与供电模块相连。

优选的，主控模块还包括通信模块、电源管理模块、数据存储模块以及实时时钟模块，通信模块、电源管理模块、数据存储模块以及实时时钟模块均与MCU相连。

优选的，供电模块包括充电控制器、用于将太阳能转化为电能的太阳能板以及用于存储电能的储能单元，储能单元以及太阳能板均与充电控制器相连，充电控制器还通过接口连接模块与MCU相连。

本发明还公开了一种双通道光传感绝缘子盐密监测方法，包括以下步骤，

步骤1，分光器模块根据预设比值将光源模块发出的光信号分为第一路光信号以及第二路光信号；

步骤2，第一光电感应模块接收通过传感玻璃棒模块后的第一路光信号，并将其转化为第一路电信号，第二光电感应模块接收第二路光信号，并将其转化为第二路电信号；

步骤3，主控模块将接收到的第一路电信号和第二路电信号转换为第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。

优选的，主控模块包括中央处理模块以及接口连接模块，中央处理模块包括MCU、数模转换电路以及看门狗电路，第一光电感应模块以及第二光电感应模块均通过接口连接模块与数模转换电路的输入端相连，数模转换电路的输出端以及看门狗电路均与MCU相连，MCU还通过接口连接模块与供电模块相连。

优选的，步骤3包括以下子步骤：

步骤31，确定多个不同盐度的数据点的相对光衰减量与对应的等值盐密之间的关系；

步骤32，数模转换电路将接收到的第一路电信号和第二路电信号转换为第一数字信号和第二数字信号；

步骤33，MCU根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

该一种双通道光传感绝缘子盐密监测系统能够有效消除因复杂的外部环境以及系统内部工作状态所带来的影响，如能够消除光源的光强起伏以及探测器的转化效率变化等，以使得测试过程中的相对光衰减量主要由传感棒的污垢物来决定，即使得检测结果更为准确可靠。

附图说明

图1为本发明双通道光传感绝缘子盐密监测系统的结构图。

图2为本发明主控模块的结构图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1所示，一种双通道光传感绝缘子盐密监测系统，其包括光源模块、分光器模块、传感玻璃棒模块、第一光电感应模块、第二光电感应模块、主控模块以及供电模块；所述光源模块、分光器模块、传感玻璃棒模块、第一光电感应模块、第二光电感应模块、主控模块均由供电模块供电。其中，光源模块可以但不限于采用可见光或红外光波段。一般情况下，光源模块可选择采用半导体激光器发射光源。

分光器模块，用于接收光源模块发出的光信号并根据预设比值将其分为第一路光信号以及第二路光信号。分光器模块可以将光源模块发出的光信号分为两路光信号，上述两路光信号的信号强度之和等于光源模块发出的光信号的信号强度，而且上述两路光信号的信号强度之比可以根据具体情况进行调节选取。本发明中，无论上述两路光信号的信号强度之比为多少，都可以根据比值进行换算，从而计算得到通过传感玻璃棒模块后的相对光衰减量。

第一光电感应模块，用于接收通过传感玻璃棒模块后的第一路光信号，并将其转化为第一路电信号。传感玻璃棒模块可以采用高纯度石英玻璃棒。

第二光电感应模块，用于接收第二路光信号，并将其转化为第二路电信号。其中，第一光电感应模块与第二光电感应模块的电路结构完全相同，一般两者均可以采用光电二极管放大电路，以分别对第一路光信号以及第二路光信号进行转化放大，以供主控模块识别处理。

主控模块，用于将接收到的第一路电信号和第二路电信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。通过对第一路光信号和第二路光信号作双通道比较运算，用于补偿双通道光传感绝缘子盐密监测系统中各个器件本身的工作温度偏移和外界环境引起的光强度不稳定性和探测灵敏度变化等效应，从而降低外界变量对等值盐密测试结果的影响。

一般情况下，光信号通过光电感应模块和传感玻璃棒模块后得到的电信号强度I_N，均可以通过公式：I_N＝STI_O计算得到，其中，S为光电感应模块的光电转换效率，I_O为光源光强，T为表面覆盖盐含量信息的传感玻璃棒模块的透过率。

当分光器模块的分光比为K:K’时，忽略内部损耗，有K+K’＝1。第一光电感应模块和第二光电感应模块的光电转换效率分别为S₁和S₂，则第一路电信号的电信号强度为I₁＝S₁TKI₀，第二路电信号的电信号强度为I₂＝S₂K'I₀，采用双通道相对测量比较方法，计算双通道测量信号强度的相对比值R＝I₁/I₂，可得：

在双通道测量信号强度的相对比值里：

a.不再包含光源光强I_O，因此光源的输出光强的起伏对该比值没有任何影响，从而有效地消除了光源的不稳定性带来的误差，提高系统的准确度。

b.如果采用对于温湿度压力等外部环境因素不敏感的分光器模块，则分光比K/K’由器件本身所决定的常数，不受到外部影响或与外部无关。

c.选择完全相同的电路结构和元器件、组成性能十分一致的第一光电感应模块和第二光电感应模块，两者的光电转换效率S随外部变化的规律非常接近，它们的相对变化(比值S₁/S₂)就能够几乎与外部变化无关，能大大消除和补偿外部的变化。

因此，综合上面的分析可以得到结论：通过采用双通道相对测量技术，可以很大程度地消除和补偿由外部环境因素引起的信号干扰和影响，从而获得高的系统稳定性和可靠性。

如图2所示，作为优选的，主控模块包括中央处理模块以及接口连接模块，中央处理模块包括MCU、数模转换电路以及看门狗电路。第一光电感应模块以及第二光电感应模块均通过接口连接模块与数模转换电路的输入端相连，数模转换电路的输出端以及看门狗电路均与MCU相连，MCU还通过接口连接模块与供电模块相连。其中看门狗电路具有自动复位功能。MCU能够根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。

另外，作为进一步优选的，主控模块还包括通信模块、电源管理模块、数据存储模块以及实时时钟模块，通信模块、电源管理模块、数据存储模块以及实时时钟模块均与MCU相连。数据存储模块用于对相关数据进行存储，实时时钟模块能够提供准确的实时时间。

通信模块可以是无线通信模块、有线电通信模块和光网传输模块中的一种或多种，以方便双通道光传感绝缘子盐密监测系统对高压输电线绝缘子盐密情况进行有效的远程监测。当然，MCU还可以连接有一报警模块，以便于当监测到的等值盐密超出一定范围时进行报警处理。

作为优选的，供电模块可以包括充电控制器、用于将太阳能转化为电能的太阳能板以及用于存储电能的储能单元，储能单元以及太阳能板均与充电控制器相连，充电控制器还通过接口连接模块与MCU相连。当然，供电模块还可以是其他的能够受MCU控制的能为本发明双通道光传感绝缘子盐密监测系统中各个部件供电的模块。

本发明采用了双通道比较技术，外部环境或内部工作条件所带来的光强起伏和探测器转化效率变化等影响，可以得到有效消除，使得相对光衰减量主要由传感玻璃棒模块上的污垢物来决定，从而可实现可靠的光传感高压输电线路中绝缘子的等值盐密的在线实时检测。

本发明还公开了一种双通道光传感绝缘子盐密监测方法，包括以下步骤，

步骤1，分光器模块根据预设比值将光源模块发出的光信号分为第一路光信号以及第二路光信号；

步骤2，第一光电感应模块接收通过传感玻璃棒模块后的第一路光信号，并将其转化为第一路电信号，第二光电感应模块接收第二路光信号，并将其转化为第二路电信号；

步骤3，主控模块将接收到的第一路电信号和第二路电信号转换为第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。

优选的，主控模块包括中央处理模块以及接口连接模块，中央处理模块包括MCU、数模转换电路以及看门狗电路，第一光电感应模块以及第二光电感应模块均通过接口连接模块与数模转换电路的输入端相连，数模转换电路的输出端以及看门狗电路均与MCU相连，MCU还通过接口连接模块与供电模块相连。

优选的，步骤3包括以下子步骤：

步骤31，确定多个不同盐度的数据点的相对光衰减量与对应的等值盐密之间的关系；

步骤32，数模转换电路将接收到的第一路电信号和第二路电信号转换为第一数字信号和第二数字信号；

步骤33，MCU根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双通道光传感绝缘子盐密监测系统，其特征在于，包括光源模块、分光器模块、传感玻璃棒模块、第一光电感应模块、第二光电感应模块、主控模块以及供电模块；所述光源模块、分光器模块、传感玻璃棒模块、第一光电感应模块、第二光电感应模块、主控模块均由供电模块供电；

分光器模块，用于接收光源模块发出的光信号并根据预设比值将其分为第一路光信号以及第二路光信号；

第一光电感应模块，用于接收通过传感玻璃棒模块后的第一路光信号，并将其转化为第一路电信号；

第二光电感应模块，用于接收第二路光信号，并将其转化为第二路电信号；

主控模块，用于将接收到的第一路电信号和第二路电信号分别转换为第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。

2.如权利要求1所述的双通道光传感绝缘子盐密监测系统，其特征在于，光源模块为一半导体激光器。

3.如权利要求1所述的双通道光传感绝缘子盐密监测系统，其特征在于，主控模块包括中央处理模块以及接口连接模块，中央处理模块包括MCU、数模转换电路以及看门狗电路，第一光电感应模块以及第二光电感应模块均通过接口连接模块与数模转换电路的输入端相连，数模转换电路的输出端以及看门狗电路均与MCU相连。

4.如权利要求3所述的双通道光传感绝缘子盐密监测系统，其特征在于，主控模块还包括通信模块、电源管理模块、数据存储模块以及实时时钟模块，通信模块、电源管理模块、数据存储模块以及实时时钟模块均与MCU相连。

5.如权利要求3所述的双通道光传感绝缘子盐密监测系统，其特征在于，供电模块包括充电控制器、用于将太阳能转化为电能的太阳能板以及用于存储电能的储能单元，储能单元以及太阳能板均与充电控制器相连，充电控制器还通过接口连接模块与MCU相连。

6.一种双通道光传感绝缘子盐密监测方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤1，分光器模块根据预设比值将光源模块发出的光信号分为第一路光信号以及第二路光信号；

步骤2，第一光电感应模块接收通过传感玻璃棒模块后的第一路光信号，并将其转化为第一路电信号，第二光电感应模块接收第二路光信号，并将其转化为第二路电信号；

步骤3，主控模块将接收到的第一路电信号和第二路电信号转换为第一数字信号和第二数字信号，并根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。

7.如权利要求6所述的双通道光传感绝缘子盐密监测方法，其特征在于，主控模块包括中央处理模块以及接口连接模块，中央处理模块包括MCU、数模转换电路以及看门狗电路，第一光电感应模块以及第二光电感应模块均通过接口连接模块与数模转换电路的输入端相连，数模转换电路的输出端以及看门狗电路均与MCU相连，MCU还通过接口连接模块与供电模块相连。

8.如权利要求7所述的双通道光传感绝缘子盐密监测方法，其特征在于，步骤3包括以下子步骤：

步骤31，确定多个不同盐度的数据点的相对光衰减量与对应的等值盐密之间的关系；

步骤32，数模转换电路将接收到的第一路电信号和第二路电信号转换为第一数字信号和第二数字信号；

步骤33，MCU根据第一数字信号和第二数字信号的差值得到相对光衰减量，以得到相应的等值盐密。