CN112748101B - 基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，包括数个用于检测电力材料表面腐蚀物的光纤传输检测模块，用于给光纤传输检测模块提供多种波长测试激光的激光光源，用于选择测试光纤光路的光路选择器，以及用于测试腐蚀物拉曼光谱信号的光谱分析仪，数个光纤传输检测模块沿输电线铁架高度方向均匀设置，所述激光光源、光谱分析仪和光纤传输检测模块分别连接光路选择器。本发明可实现高空电力材料的动态腐蚀过程监测，并为分析腐蚀气体的主要成分和空间分布，以及高空电力材料的防护方法提供了重要参考。
Description
技术领域
本发明涉及高空电力材料腐蚀物监测技术领域，具体而言，涉及一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统。
背景技术
高空电力材料的防护对于保障输电安全而言至关重要。由于人类生产活动对环境的破坏，大气中的腐蚀性气体，如H2S、SO2、氯化物等，对几十到数百米高空的电力金属材料有很大的腐蚀破坏作用，可在其表面产生金属硫化物、金属氧化物，并造成金属组织的晶间裂纹与脆性破裂。人类生产活动造成随时间和季节变化的高空大气污染物传输通道，其中约30％的大气污染物传输通道位于500m以下，将对高空电力材料产生较大腐蚀作用。因此，监测大气环境中H2S、SO2、氯化物等腐蚀气体对于塔架、导线等金属材料的腐蚀作用，对于研究高空电力材料的防护方法而言至关重要。
申请内容
本发明的目的在于提供一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，其解决了高空电力材料大气腐蚀过程动态分析与测量的问题。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，包括数个用于检测电力材料表面腐蚀物的光纤传输检测模块，用于给光纤传输检测模块提供多种波长测试激光的激光光源，用于选择测试光纤光路的光路选择器，以及用于测试腐蚀物拉曼光谱信号的光谱分析仪，数个光纤传输检测模块沿输电线铁架高度方向均匀设置，所述激光光源、光谱分析仪和光纤传输检测模块分别连接光路选择器。
进一步地，所述光纤传输检测模块包括光纤，配置于检测电力材料表面的通光测试窗口，配置于通光测试窗口内的聚焦镜，用于将聚焦镜聚焦点调节位于表面腐蚀物的调节装置，所述光纤一端连接光路选择器、另一端伸入测试窗口内并与聚焦镜对应设置。
进一步地，所述通光测试窗口与检测电力材料表面之间还配置有摄像装置，所述摄像装置用于辅助调节装置调节聚焦镜对焦。
进一步地，所述调节装置为压电调节架，所述通光测试窗口配置于压电调节架上。
进一步地，所述光谱分析仪和光路选择器之间还配置有半透半反镜，所述激光光源与半透半反镜对应设置，以使激光光源发射的测试激光经过半透半反镜反射照射于光路选择器，经过光纤返回的拉曼光谱信号经过半透半反镜透射于光谱分析仪。
进一步地，监测系统还包括用于提供电源的自取电电源，数个光纤传输检测模块分别连接自取电电源。
进一步地，所述自取电电源连接输电线铁架输电线。
进一步地，所述通光测试窗口表面配置有防污层。
进一步地，所述防污层为类金刚石薄膜。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
(1)本发明通过将数个光纤传输检测模块沿输电线铁架高度方向均匀设置，实现了位于不同高度下输电线铁架的腐蚀监测，从而获知了高空电力材料的动态腐蚀过程，以及腐蚀气体在电线铁架垂直高度下的主要成分、空间分布情况和平均浓度，进而为研究高空电力材料的防护方法提供重要参考。
(2)本发明通过设置压电调节架，实现了对通光测试窗口的调节作用，进而实现了对聚焦镜的调节功能，以达到将聚焦镜的聚焦点调节到电力材料表面腐蚀物的目的，同时利用摄像装置结合压电调节装置进行测试激光的调焦，激发金属材料表面腐蚀产物的拉曼散射信号，给聚焦镜的调焦带来了便利。
(3)本发明通过设置光纤传输测试激光信号以及拉曼光谱信号，具有低功耗、高传输率、损耗率极低的效果，且信号干扰小，保证了拉曼光谱信号的传输，且通过配置聚焦镜实现了将测试激光聚焦照射于腐蚀物进行测试，同时也实现了将腐蚀物散射的拉曼光谱信号汇集返回到光纤中，光纤与聚焦镜的配合使用，设计巧妙，利用拉曼光谱测试法解决了远距离输电线铁架的表面腐蚀物检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的总体结构原理图；
图2为本发明中光纤传输检测模块的结构示意图；
图3为本发明中半透半反镜的位置关系示意图。
图标：1-自取电电源，2-调节装置，3-通光测试窗口，30-防污层，31-聚焦镜，4-光纤，5-摄像装置，6-激光光源，7-光路选择器，8-光谱分析仪，9-半透半反镜，10-输电线铁架，11-腐蚀物。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参照图1至图3，本实施例提供了一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，包括数个用于检测电力材料表面腐蚀物11的光纤传输检测模块，用于给光纤传输检测模块提供多种波长测试激光的激光光源6，用于选择测试光纤4光路的光路选择器7，以及用于测试腐蚀物拉曼光谱信号的光谱分析仪8，数个光纤传输检测模块沿输电线铁架10高度方向均匀设置，所述激光光源6、光谱分析仪8和光纤传输检测模块分别连接光路选择器7。需要说明的是，所述激光光源6提供可见-近红外波段1-3种波长的测试激光，具体地，所述激光光源6提供532nm，633nm，1064nm其中的一种或多种测试激光，测试激光通过光路选择器7分选到各个光纤传输检测模块中，光纤传输检测模块利用测试激光照射电力材料表面腐蚀物11后返回电力材料表面腐蚀物11的拉曼光谱信号，最后拉曼光谱信号沿光路选择器7传输到光谱分析仪8中，从而光谱分析仪8计算分析获得检测结果。通过将数个光纤传输检测模块沿输电线铁架10高度方向均匀设置，实现了位于不同高度下输电线铁架10的腐蚀监测，从而获知了高空电力材料的动态腐蚀过程，以及腐蚀气体在电线铁架垂直高度下的主要成分、空间分布情况和平均浓度，进而为研究高空电力材料的防护方法提供重要参考。
本实施例进一步地，所述光纤传输检测模块包括光纤4，配置于检测电力材料表面的通光测试窗口3，配置于通光测试窗口3内的聚焦镜31，以及用于将聚焦镜31聚焦点调节位于表面腐蚀物的调节装置2，所述调节装置2为压电调节架，压电调节架配置于输电线铁架10，所述通光测试窗口3配置于压电调节架上，需要说明的是，所述压电调节架具有调节角度、远程控制的功能，压电调节为现有技术，可在市场中进行获取，具体结构不太赘述；通过设置压电调节架，实现了对通光测试窗口3的调节作用，进而实现了对聚焦镜31的调节功能，以达到将聚焦镜31的聚焦点调节到电力材料表面腐蚀物11的目的，所述光纤4一端连接光路选择器7、另一端伸入测试窗口内并与聚焦镜31对应设置，光路选择器7把测试激光分选到光纤4后，光纤4将测试激光传输到通光测试窗口3内，然后由聚焦镜31将测试激光汇集，经调节装置2将聚焦镜31的聚焦点调节位于在电力材料表面腐蚀物11，使得测试激光照射于电力材料表面腐蚀物11，进而电力材料表面腐蚀物11散射出拉曼光谱信号，然后拉曼光谱信号通过聚焦镜31聚集再返回到光纤4中，经过光纤4依次传输到光路选择器7和光谱分析仪8中，最终由光谱分析仪8根据返回的拉曼光谱信号得出结果。通过设置光纤4传输测试激光信号以及拉曼光谱信号，具有低功耗、高传输率、损耗率极低的效果，且信号干扰小，保证了拉曼光谱信号的传输，且通过配置聚焦镜31实现了将测试激光聚焦照射于腐蚀物11进行测试，同时也实现了将腐蚀物散射的拉曼光谱信号汇集返回到光纤4中，光纤4与聚焦镜31的配合使用，设计巧妙，利用拉曼光谱测试法解决了远距离输电线铁架10的表面腐蚀物检测。
本实施例进一步地，所述通光测试窗口3与检测电力材料表面之间还配置有摄像装置5，所述摄像装置5用于辅助调节装置2调节聚焦镜31对焦，需要说明的是，所述摄像装置5为现有技术，具有远程遥控以及摄像功能，通过配合摄像装置5，便于控制调节装置2将聚焦镜31对焦于腐蚀物11。
本实施例进一步地，所述光谱分析仪8和光路选择器7之间还配置有半透半反镜9，所述激光光源6与半透半反镜9对应设置，以使激光光源6发射的测试激光经过半透半反镜9反射照射于光路选择器7，经过光纤4返回的拉曼光谱信号经过半透半反镜9透射进入光谱分析仪8。
本实施例进一步地，监测系统还包括用于提供电源的自取电电源1，数个光纤传输检测模块分别连接自取电电源1，具体地，自取电电源1连接调节装置2和摄像装置5，所述自取电电源1连接输电线铁架10上的输电线；通过配置自取电电源1，实现了对调节装置2和摄像装置5的供电，无需额外配置电源，保证了长时间的监测需求。
本实施例进一步地，所述通光测试窗口3表面配置有防污层30，所述防污层30为类金刚石薄膜，具有较好的防污的效果。
在对监测系统安装配置于输电线铁架10时，将数个光纤传输检测模块沿输电线铁架10高度方向均匀设置，调节装置2配置于输电线铁架10，摄像装置5和通光测试窗口3配置于输电线铁架10表面，通光测试窗口3配置于调节装置2，每个光纤传输检测模块的光纤4分别接入到光路选择器7中。
进行监测时，激光光源6发射测试激光，测试激光经过半透半反镜9反射到光路选择器7中，光路选择器7把测试激光分选到光纤4后，光纤4将测试激光传输到通光测试窗口3内，然后由聚焦镜31将测试激光汇集，在摄像装置5的辅助下，调节装置2将聚焦镜31的聚焦点调节位于在电力材料表面腐蚀物11，使得测试激光照射于电力材料表面腐蚀物11，进而电力材料表面腐蚀物11散射出拉曼光谱信号，然后拉曼光谱信号通过聚焦镜31聚集再返回到光纤4中，经过光纤4依次传输到光路选择器7和光谱分析仪8中，最终由光谱分析仪8根据返回的拉曼光谱信号分析计算得出结果。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (7)
1.一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，其特征在于：包括数个用于检测输电线铁架表面腐蚀物(11)的光纤传输检测模块，用于给光纤传输检测模块提供多种波长测试激光的激光光源(6)，用于选择测试光纤(4)光路的光路选择器(7)，以及用于测试腐蚀物拉曼光谱信号的光谱分析仪(8)，数个光纤传输检测模块沿输电线铁架(10)高度方向均匀设置，所述激光光源(6)、光谱分析仪(8)和光纤传输检测模块分别连接光路选择器(7)；
所述光纤传输检测模块包括光纤(4)，配置于检测电力材料表面的通光测试窗口(3)，配置于通光测试窗口(3)内的聚焦镜(31)，用于将聚焦镜(31)聚焦点调节位于表面腐蚀物的调节装置(2)，所述光纤(4)一端连接光路选择器(7)、另一端伸入测试窗口内并与聚焦镜(31)对应设置；
所述通光测试窗口(3)与检测电力材料表面之间还配置有摄像装置(5)，所述摄像装置(5)用于辅助调节装置(2)调节聚焦镜(31)对焦。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，其特征在于，所述调节装置(2)为压电调节架，所述通光测试窗口(3)配置于压电调节架上。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，其特征在于，所述光谱分析仪(8)和光路选择器(7)之间还配置有半透半反镜(9)，所述激光光源(6)与半透半反镜(9)对应设置，以使激光光源(6)发射的测试激光经过半透半反镜(9)反射照射于光路选择器(7)，经过光纤(4)返回的拉曼光谱信号经过半透半反镜(9)透射于光谱分析仪(8)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，其特征在于，还包括用于提供电源的自取电电源(1)，数个光纤传输检测模块分别连接自取电电源(1)。
5.根据权利要求4所述的一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，其特征在于，所述自取电电源(1)连接输电线铁架(10)上输电线。
6.根据权利要求5所述的一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，其特征在于，所述通光测试窗口(3)表面配置有防污层(30)。
7.根据权利要求6所述的一种基于光纤拉曼光谱仪的高空电力材料腐蚀物监测系统，其特征在于，所述防污层(30)为类金刚石薄膜。
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