CN109425809A - 一种电弧光检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电弧光检测装置，包括电弧光检测光纤和检测模块，检测模块包括控制单元、驱动电路、发射器、接收器和接收电路，电弧光检测光纤的两端分别与发射器和接收器相连，控制单元通过驱动电路与发射器相连，接收电路分别与所述控制单元和接收器相连。本发明的电弧光检测装置具有结构简单、全方位检测等优点。本发明还相应公开了一种检测方法，包括：S01、控制单元输出信号至驱动电路，驱动发射器发出光脉冲信号；S02、接收器接收光脉冲信号并转换成模拟量信号后；S03、当控制单元接收不到模拟量信号则报警；否则，控制单元对模拟量信号进行分析以判断电弧光强度。本发明的检测方法具有操作简便、稳定可靠等优点。

Description

一种电弧光检测装置及检测方法

技术领域

本发明主要涉及电弧光检测领域，特指一种电弧光检测装置及检测方法。

背景技术

在电力系统的供变电设备、工业变流装置和特种装置发生故障时，会产生巨大的电弧光，电弧光发生时会产生很大的光能量辐射和很高的温度辐射，这些辐射对电力系统有很大的破坏作用，有时还会造成操作人员的伤亡事故。在目前进行电弧光的检测时，大多会采用电弧光传感器检测电弧光的强度，进而根据电弧光的强度判断是否需要切断系统电源。而目前市面上的电弧光传感器只能监测正前方135°左右的扇形面传导过来的光信号，安装的时候必须将电弧光传感器镜头的正面正对需要检测的检测点，有多个检测点时，就需要安装多个电弧光传感器，如果安装位置或安装角度不当，很容易造成接收不到检测点发出的电弧光，从而起不到电弧光保护的作用。而且在采用电弧光传感器的同时，会采用电流传感器做辅助判断。在实际应用时，发生电弧光的点可能不止一个，位置也不确定，从而无法确定电流互感器的安装位置，另外，电流互感器无法安装在紧凑性的装置内部。以上原因造成电弧光保护装置成本高、体积大且结构复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、全方位检测的电弧光检测装置，并相应提供一种操作简便、稳定可靠的检测方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种电弧光检测装置，包括电弧光检测光纤和检测模块，所述检测模块包括控制单元、驱动电路、发射器、接收器和接收电路，所述电弧光检测光纤的两端分别与发射器和接收器相连，所述控制单元通过驱动电路与所述发射器相连、用于输出驱动信号经驱动电路转换后驱动发射器发出光信号，所述接收电路分别与所述控制单元和接收器相连、用于对接收器的光信号进行转换发送至控制单元以得到电弧光强度。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述驱动电路包括相连的电平转换模块和驱动模块，所述电平转换模块和控制单元相连，所述驱动模块与所述发射器相连。

所述驱动模块与所述发射器之间连接有调节电阻、用于调节驱动电流。

所述接收电路包括低通滤波电路。

所述控制单元还连接有一可调节的参考电压电路、用于输入一参考电压与控制单元接收到的信号做对比。

所述电弧光检测光纤由玻璃光纤、反射层和保护层从里至外构成。

所述反射层为含氟聚合物；所述保护层为透明的聚乙烯护套。

本发明还相应公开了一种基于如上所述的电弧光检测装置的检测方法，包括步骤：

S01、所述控制单元输出信号至驱动电路，驱动发射器向电弧光检测光纤发出光脉冲信号；

S02、所述接收器接收电弧光检测光纤的光脉冲信号并经接收电路转换成模拟量信号后发送至控制单元；

S03、当所述控制单元接收不到模拟量信号则报警；否则，所述控制单元对模拟量信号进行分析以判断电弧光强度。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述光脉冲信号方波脉冲，周期为1S，高电平宽度为50us。

所述控制单元接收的模拟量信号为20mv～4V。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的电弧光检测装置和检测方法，通过电弧光检测光纤对电弧光进行采集，能够进行全方位无死角的检测；而且检测模块结构简单，应用可靠。另外电弧光检测光纤采用三层结构、加工简单、成本较低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的检测模块电路原理图。

图3为本发明的电弧光检测光纤的结构示意图。

图4为本发明的电弧光检测时序图。

图中标号表示：1、电弧光检测光纤；11、玻璃光纤；12、反射层；13、保护层；2、检测模块。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1至图4所示，本实施例的电弧光检测装置，包括电弧光检测光纤1和检测模块2，检测模块2包括控制单元、驱动电路、发射器、接收器和接收电路，电弧光检测光纤1的两端分别与发射器和接收器相连，控制单元通过驱动电路与发射器相连、用于输出驱动信号经驱动电路转换后驱动发射器发出光信号，接收电路分别与控制单元和接收器相连、用于对接收器的光信号进行转换发送至控制单元以得到电弧光强度。本发明的电弧光检测装置，通过电弧光检测光纤1对电弧光进行采集，能够进行全方位无死角的检测；而且检测模块2结构简单，应用可靠。

本实施例中，驱动电路包括依次相连的电平转换模块、驱动模块和调节电阻，电平转换模块和控制单元相连，调节电阻与发射器相连。如图2所示，发射器为TX1，接收器为RX1，控制单元为可编程芯片D1，D1通过GPIO引脚PA0输出信号至电平转换芯片D2（电平转换模块）后再驱动MOSFET V1（驱动模块），进而驱动发射器TX1，将电信号转为光信号；当引脚PA0为高电平时，发射器TX1发光，其中调节电阻RP1用于调节驱动电流的大小。

本实施例中，接收电路包括低通滤波电路，光纤接收器RX1接收到电弧光检测光纤1的光脉冲信号后，转换为模拟量，通过R6、C17组成的低通滤波电路后，送入D1的模拟量输入引脚AD0，其中D1的模拟量输入引脚AD1连接有一可调节的参考电压电路、用于输入一个可调节的参考电压（具体通过RP2进行调节），采用硬件设置代替软件设置，使得不需要修改程序就可适用各种不同长度的电弧光检测光纤1。另外，D1通过引脚PA1通过D4芯片驱动光纤发射器TX2。当引脚PA1为高电平时，光纤发射器TX2发光。本发明的驱动电路结构简单且应用可靠。

如图3所示，本实施例中，电弧光检测光纤1由玻璃光纤11、反射层12和保护层13从里至外构成，结构简单、加工简单且成本低。其中内层的玻璃光纤11是传输光信号的聚甲基丙烯酸甲酯材，英文缩写为PMMA，俗称有机玻璃；中间层为含氟聚合物，实现电弧光的单方向传输，同时实现内部光信号的全反射，降低光的传输损耗；外层为透明的聚乙烯护套，有效保护内层材料，可以实现整个光纤线上较高的弧光捕获效率，同时可以实现360度全方位的无死角检测。实际使用过程中只需要将光纤线布置可能产生电弧光的位置周围。

本发明还相应公开了一种基于如上所述的电弧光检测装置的检测方法，包括步骤：

S01、控制单元输出信号至驱动电路，驱动发射器向电弧光检测光纤1发出光脉冲信号；

S02、接收器接收电弧光检测光纤1的光脉冲信号并经接收电路转换成模拟量信号后发送至控制单元；

S03、当控制单元接收不到模拟量信号则报警；当控制单元接收到模拟量信号，则对模拟量信号进行分析以判断电弧光强度。

具体地，如图4所示，D1的引脚PA0定期发送心跳信号。心跳信号周期为1s，高电平宽度为50us，用于判断光纤线连接是否正常。当有电弧光发生时，在心跳脉冲的低电平段，引脚AD0会检测到20mv～4V的模拟电压，大小取决于电弧光强度。此电压与引脚AD1的采集电压相比较，当引脚AD0的电压大于引脚AD1的电压，则引脚PA1输出高电平，通过芯片D4驱动发光发射器TX2，形成光信号，上传至核心控制单元。RP1通过调节驱动电流可以实现心跳信号的幅值调节，RP2用于调节电弧光检测电平。另外软件功能实现主要在50us定时溢出中断中实现，主程序中首先读取D1芯片的AD0引脚（弧光接收信号）和AD1脚（弧光检测电平）的电压，通过两者比较，判断AD0脚是否接收到反馈回来的心跳脉冲，若没有接收到心跳脉冲则报警，则不检测弧光是否发生，之后主程序中就一直等待中断发生。当检测到有反馈心跳脉冲，50us定时时间到之后，进入中断程序，对AD0引脚电压多次采集，如果采集到了20mV～4V的电压，则认为弧光发生，点亮光纤发射器TX2发出报警。软件设置50us定时时间中断，以1s为周期，当中断执行到1s时，需要重新判断是否能接收到反馈的心跳脉冲，在低电平段，判断是否发生弧光。

本发明的电弧光检测方法，采用光脉冲信号（心跳信号）判断光纤线路的通断，应用可靠。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电弧光检测装置，其特征在于，包括电弧光检测光纤（1）和检测模块（2），所述检测模块（2）包括控制单元、驱动电路、发射器、接收器和接收电路，所述电弧光检测光纤（1）的两端分别与发射器和接收器相连，所述控制单元通过驱动电路与所述发射器相连、用于输出驱动信号经驱动电路转换后驱动发射器发出光信号，所述接收电路分别与所述控制单元和接收器相连、用于对接收器的光信号进行转换发送至控制单元以得到电弧光强度。

2.根据权利要求1所述的电弧光检测装置，其特征在于，所述驱动电路包括相连的电平转换模块和驱动模块，所述电平转换模块和控制单元相连，所述驱动模块与所述发射器相连。

3.根据权利要求2所述的电弧光检测装置，其特征在于，所述驱动模块与所述发射器之间连接有调节电阻、用于调节驱动电流。

4.根据权利要求1或2或3所述的电弧光检测装置，其特征在于，所述接收电路包括低通滤波电路。

5.根据权利要求1或2或3所述的电弧光检测装置，其特征在于，所述控制单元还连接有一可调节的参考电压电路、用于输入一参考电压与控制单元接收到的信号做对比。

6.根据权利要求1或2或3所述的电弧光检测装置，其特征在于，所述电弧光检测光纤（1）由玻璃光纤（11）、反射层（12）和保护层（13）从里至外构成。

7.根据权利要求6所述的电弧光检测装置，其特征在于，所述反射层（12）为含氟聚合物；所述保护层（13）为透明的聚乙烯护套。

8.一种基于权利要求1至7中任意一项所述的电弧光检测装置的检测方法，其特征在于，包括步骤：

S01、所述控制单元输出信号至驱动电路，驱动发射器向电弧光检测光纤（1）发出光脉冲信号；

S02、所述接收器接收电弧光检测光纤（1）的光脉冲信号并经接收电路转换成模拟量信号后发送至控制单元；

S03、当所述控制单元接收不到模拟量信号则报警；否则，所述控制单元对模拟量信号进行分析以判断电弧光强度。

9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述光脉冲信号方波脉冲，周期为1S，高电平宽度为50us。

10.根据权利要求8或9所述的检测方法，其特征在于，所述控制单元接收的模拟量信号为20mv～4V。