CN106781385A - 六氟化硫远程实时监测的嵌入式催化发光图像传感装置 - Google Patents

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Abstract

六氟化硫远程实时监测的嵌入式催化发光图像传感装置，包括气体进口、蠕动泵、温度控制器、玻璃管、图像采集处理模块、通气导管、传感器阵列、催化材料、废气排出口、Oracle数据库、ARM板卡、数据传输模块、无线通讯和上位机；传感器阵列单元所用催化材料包括SnO2,Fe2O3,La2O3,ZnO。图像采集处理模块用于采集催化发光产生的传感阵列图像；ARM板卡用于集中控制蠕动泵、温度控制器、图像采集处理模块的运行参数，并将采集到的传感数据信息通过数据传输模块传输给上位机。本发明可以实现对六氟化硫催化发光传感图像的实时采集和数据的无线传输，传感响应时间短，传输距离远，抗干扰能力强。

Description

六氟化硫远程实时监测的嵌入式催化发光图像传感装置
技术领域
本发明涉及一种利用催化发光原理对六氟化硫进行监测的模型，具体是涉及一种远程实时监测的嵌入式装置。
背景技术
在电力工程领域，六氟化硫通常被用作电负性气体。由于六氟化硫气体具有良好的绝缘和灭弧性能，主要应用于以下几种电气设备：六氟化硫断路器，六氟化硫负载开关设备，六氟化硫绝缘输电管道和六氟化硫绝缘变电站变压器等高压功率器件。高纯度的六氟化硫是重要的电子蚀刻剂，已被广泛应用于微电子技术。当六氟化硫气体注入高压开关设备时，会出现一定的压力，这增加了气体泄漏的可能性，这种六氟化硫的泄漏在与空气中与足够的氧结合之后会产生有毒的副产物。一旦六氟化硫气体遇到高压或高温，它将产生二氧化硫，氟化氢等副产物。因此，六氟化硫的检测对于设备安全和环境保护十分重要。
目前，互联网技术广泛应用于各个领域，传感设备按约定的协议与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。实现环境及状态信息实时的共享以及智能化的收集、传递、处理、执行是远程监测的关键技术。在环境监控领域，物联网技术利用多种类型的传感器和分布广泛的传感器网络，可以实现对某个对象的实时状态的获取和特定对象行为的监控。现有六氟化硫气体监测仪器大多数结构复杂，成本昂贵，前处理步骤繁琐、易污染、样品损失严重，不能很好的实现气体的远程实时监测。因此，低成本、低能耗、实时的六氟化硫气体检测装置研制显得至关重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种低成本、低能耗、实时的六氟化硫远程实时监测的嵌入式催化发光图像传感装置。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：六氟化硫远程实时监测的嵌入式催化发光图像传感装置，包括气体进口、蠕动泵、玻璃管、图像采集处理模块、通气导管、传感器阵列、催化材料、废气排出口、Oracle数据库、ARM板卡、温度控制器、数据传输模块、无线通讯和上位机。
通气导管的进气端口为所述嵌入式催化发光图像传感装置的气体进口，蠕动泵设于通气导管上，通气导管的出气端口与玻璃管相连，传感器阵列设于玻璃管内，催化材料设于传感器阵列的上表面，玻璃管上开有废气排出口，温度控制器与传感器阵列相连，温度控制器、图像采集处理模块、蠕动泵、数据传输模块均与ARM板卡双向连接，数据传输模块使用无线通讯方式与上位机实现数据交互。上位机内安装有Oracle数据库。
进一步，所述蠕动泵用于控制六氟化硫气体进入通气导管的流量，流量的控制范围为0-400 mL/min。
所述玻璃管用于提供六氟化硫气体与催化材料产生发光反应的场所，传感器阵列放置于玻璃管内部，边长为180-220 mm （优选200 mm），厚度为7-9 mm （优选8mm）。传感器阵列用于给六氟化硫气体和催化材料产生发光反应提供温度条件；传感器阵列的温度由温度控制器控制，温度控制范围为0-500 oC。
进一步，所述催化材料涂抹于传感器阵列表面，厚度为0.3-0.7 mm （优选0.5mm），用于和六氟化硫产生发光反应。六氟化硫气体与催化材料发生反应后产生的废气从废气排出口排出，同时产生出大量的、具有不同发光强度的图像信息，图像最终被图像采集处理模块采集。即图像采集处理模块，采集六氟化硫气体与催化材料发生反应后产生的图像信息。
所述ARM板卡用于控制蠕动泵、图像采集处理模块和温度控制器的运行参数，包括蠕动泵的流量参数，图像采集处理模块的电压参数，温度控制器的温度参数。从蠕动泵传输过来的反应气体流速，从温度控制器传输过来的反应温度，从图像采集处理模块传输过来的发光图像信息被ARM板卡存储和输出；再经数据传输模块以无线通讯方式传输至上位机；
所述上位机用于接收从ARM板卡、数据传输模块传输过来的数据，并存储于Oracle数据库中，用于后续的数据处理，提供被监测对象的信息。
ARM板卡可选用OK6410型号的ARM11板卡，其价格低，体积小，外围接口引出脚有320个。板对板之间采用高品质的连接器，坚固耐用，所有的镀金工艺可以保证板卡长时间在恶劣的环境下运行。操作系统软件支持Linux、WinCE、Android和uC/OS-II等。ARM板卡自带wifi接口，为无线数据传输提供强有力支撑。
所述数据传输模块内部支持TCP/IP数据传输协议，其内部分为IP模块和GPRS/CDMA模块。数据传输模块价格低、传输性能稳定，适用于主机不支持TCP/IP协议栈的情况，支持SOCKET和SerialNET透明传输两种工作模式。数据传输模块使用无线通讯方式与上位机实现数据交互。
进一步，所述无线通讯方式可以选用GSM网络或蓝牙或WIFI或无线路由，保障无线通讯的成功率；
所述图像采集处理模块用于采集发光图像信号；图像采集处理模块具有电、磁、光屏蔽功能，图像采集处理模块支持256倍的像素增益变换，可以实现高动态范围信号采集，测量精度高。
进一步，传感器阵列为2 x 2阵列，所用催化材料包括氧化锡（SnO2）、 氧化铁（Fe2O3）、 氧化镧（La2O3）和氧化锌（ZnO）。
本发明可以实现对六氟化硫催化发光传感图像信号的实时采集和数据的无线传输，传感响应时间短，传输距离远，抗干扰能力强。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
（1）现有检测仪器前处理步骤繁琐、易污染、样品损失严重，从而使测定的干扰增加、回收率降低，在本发明传感器端得以优化和处理。数据通过无线方式传输至上位机，有利于提升仪器监测的智能化和实时性。
（2）本发明采用的催化发光分析方法灵敏度高、实验步骤简单，不需要外部光源，减少了外来光源的干扰，有利于提高待测气体检测的准确度和灵敏度，并且易于器件微型化。
（3）基于固体催化材料的发光传感器阵列没有发光试剂不断被消耗和脱落的缺点，并具有可逆性，稳定性好和寿命长，可以重复使用。由于催化材料可以选择性的催化氧化待测气体，而且可以通过改变检测过程中的载气流速和工作温度等参数实现传感器阵列的良好选择性。
附图说明
图1是本发明嵌入式催化发光图像传感装置整体结构框图；
图2是本发明传感器阵列各单元材料分布图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细描述。
参照图1，本发明之六氟化硫远程实时监测的嵌入式催化发光图像传感装置,包括气体进口U1、蠕动泵U2、玻璃管U3、图像采集处理模块U4、通气导管U5、传感器阵列U6、催化材料U7、废气排出口U8、Oracle数据库U9、ARM板卡U10、温度控制器U11、数据传输模块U12、无线通讯U13和上位机U14。
通气导管U5的进气端口为所述嵌入式催化发光图像传感装置的气体进口U1，蠕动泵U2设于通气导管U5上，通气导管U5的出气端口与玻璃管U3相连，传感器阵列U6设于玻璃管U3内，催化材料U7设于传感器阵列U6的上表面，玻璃管U3上开有废气排出口U8，温度控制器U11与传感器阵列U6相连，温度控制器U11、图像采集处理模块U4、蠕动泵U2、数据传输模块U12均与ARM板卡U10双向连接，数据传输模块U12通过无线通讯U13与上位机U14无线连接。上位机U14内安装有Oracle数据库。
所述气体进口U1是六氟化硫气体的入口；
所述蠕动泵U2用于控制从气体进口U1进入的六氟化硫气体的流量，流量的控制范围为0-400 mL/min。蠕动泵U2将六氟化硫气体送入通气导管U5。
所述玻璃管U3用于提供六氟化硫气体与催化材料U7产生发光反应的场所。
所述传感器阵列U6的边长为200 mm，厚度为8mm，传感器阵列U6的温度由温度控制器U11控制，温度控制范围为0-500 oC。
所述催化材料U7涂抹于传感器阵列U6上表面，厚度为0.5mm。催化材料U7为现有材料。催化材料U7为光催化材料或纳米催化材料，光催化材料选用氧化锡（SnO2）, 氧化铁（Fe2O3）, 氧化镧（La2O3）, 氧化锌（ZnO）。
六氟化硫气体与催化材料U7发生反应后产生的废气通过废气排出口U8排出，同时产生不同强度的图像信号，图像信号最终被图像采集处理模块U4采集。
所述ARM板卡U10用于控制蠕动泵U2、图像采集处理模块U4和温度控制器U11的运行参数（如蠕动泵U2的流量参数，图像采集处理模块U4的电压参数，温度控制器U11的温度参数），ARM板卡U10记录从蠕动泵U2传输过来的反应气体流速，从温度控制器U11传输过来的反应温度，从图像采集处理模块U4传输过来的图像信息，并将这些属性存储和输出；
所述ARM板卡U10可选用OK6410型号的ARM11板卡，其价格低，体积小，外围接口引出脚有320个。板对板之间采用高质量连接器，坚固耐用，镀金工艺可以保障其长时间在恶劣环境下运行。操作系统支持Linux、WinCE、Android和uC/OS-II等。ARM板卡U10带有wifi接口，为无线数据传输和信息交互提供有力支撑。
所述数据传输模块U12是一款支持TCP/IP数据传输协议的模块，其内部含有IP模块和GPRS/CDMA两种模块。数据传输模块U12价格低、传输性能稳定，适用于主机不支持TCP/IP协议栈的情况，同时支持SOCKET命令和SerialNET透明传输两种模式。
所述数据传输模块U12使用无线通讯U13方式与上位机U14实现数据交互；
所述无线通讯U13方式为GSM网络或蓝牙或WIFI或无线路由，可以选择其中的一种，保障无线通讯的成功率；
所述上位机U14接收的数据均存储于Oracle数据库U9中用于数据后处理。
所述图像采集处理模块U4用于采集发光图像信号；图像采集处理模块具有电、磁、光屏蔽功能，图像采集处理模块支持256倍的像素增益变换，可以实现高动态范围信号采集，测量精度高。
参照图2，传感器阵列U6包括氧化锡（SnO2）U61, 氧化铁（Fe2O3）U62, 氧化镧（La2O3）U63, 氧化锌（ZnO）U64。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.六氟化硫远程实时监测的嵌入式催化发光图像传感装置，其特征在于，包括气体进口、蠕动泵、玻璃管、图像采集处理模块、通气导管、传感器阵列、催化材料、废气排出口、Oracle数据库、ARM板卡、温度控制器、数据传输模块、无线通讯和上位机；
通气导管的进气端口为所述嵌入式催化发光图像传感装置的气体进口，蠕动泵设于通气导管上，通气导管的出气端口与玻璃管相连，传感器阵列设于玻璃管内，催化材料设于传感器阵列的上表面，玻璃管上开有废气排出口，温度控制器与传感器阵列相连，温度控制器、图像采集处理模块、蠕动泵、数据传输模块均与ARM板卡双向连接，数据传输模块使用无线通讯方式与上位机实现数据交互，上位机内安装有Oracle数据库；
所述蠕动泵用于控制六氟化硫气体进入通气导管的流量；
传感器阵列用于给六氟化硫气体和催化材料产生发光反应提供温度条件；
传感器阵列的温度由温度控制器控制；
所述催化材料用于和六氟化硫产生发光反应；
所述玻璃管用于提供六氟化硫气体与催化材料产生发光反应的场所；
图像采集处理模块，采集六氟化硫气体与催化材料发生反应后产生的图像信号；
所述ARM板卡用于控制蠕动泵、图像采集处理模块和温度控制器的运行参数，包括蠕动泵的流量参数，图像采集处理模块的电压参数，温度控制器的温度参数；从蠕动泵传输过来的反应气体流速，从温度控制器传输过来的反应温度，从图像采集处理模块传输过来的发光图像被ARM板卡存储和输出；再经数据传输模块以无线通讯方式传输至上位机；
所述上位机用于接收从ARM板卡、数据传输模块传输过来的数据，并存储于Oracle数据库中。
2.根据权利要求1所述的六氟化硫远程实时监测的嵌入式催化发光图像传感装置，其特征在于，传感器阵列为2 x 2阵列，所用催化材料包括SnO2、Fe2O3、La2O3和ZnO。
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