CN113340522A - 一种基于光路复用的真空开关真空度检测装置 - Google Patents
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Abstract
本公开揭示了一种基于光路复用的真空开关真空度检测装置，包括：等离子体产生模块，用于产生脉冲激光，所述脉冲激光沿第一光路传输并诱导真空开关产生等离子体；成像模块，用于捕捉沿第一光路返回且继续沿第二光路传输的等离子体，以获得等离子体图像；真空度检测模块，用于对等离子体图像进行检测，以获得真空开关的真空度信息。
Description
技术领域
本公开属于低压测量技术领域，具体涉及一种基于光路复用的真空开关真空度检测装置。
背景技术
开关是控制电网运行、保障电网安全的核心设备。其中，真空开关作为一种主要的开关类型，具有结构紧凑、维护方便、无温室效应气体排放、分断能力强等优点，因而在中压等级的电网中广泛使用。真空灭弧室作为真空开关的核心元件，其内部气压(真空度)是能否可靠开断电路的关键因素，而现阶段并无行之有效的真空度在线检测手段。现有的主流低压检测手段有波登压力计、麦克劳林压力计、电容压力计、皮拉尼压力计、热阴极电离压力计、冷阴极电离压力计、基于法布里-珀罗折光仪的压力计和基于可调谐半导体激光吸收光谱的压力计等，上述所提到的所有的低压测量技术均需将低压气体导入测量仪器并与之接触，这大大妨碍了该技术在技术工程上的应用。真空灭弧室内部真空度要求高于10-2Pa，插入的组件会严重影响真空灭弧室内的电场分布，从而导致放电现象，严重损害真空灭弧室的分断能力。
目前，工程上使用的真空短路器方法较多，主要包括工频耐压法、观察法、脉冲磁控放电法、屏蔽罩电位法、耦合电容法、局部放电法、X射线法和内置传感器法。但是，这些方法存在三大难以克服的方法：1)只能对真空度进行定性检测，检测限高，检测精度低；2)需要改变真空灭弧室结构，难以在真空灭弧室生产过程中进行一体化设计；3)无法实现带电检测或在线检测。
发明内容
针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种基于光路复用的真空开关真空度检测装置，可以实现真空开关真空度在线监测和真空度无接触式测量，从而提高基于激光诱导等离子体的真空开关真空度在线检测的可靠性、精确性、可操作性以及便携性。
为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：
一种基于光路复用的真空开关真空度检测装置，包括：
等离子体产生模块，用于产生脉冲激光，所述脉冲激光沿第一光路传输并诱导真空开关产生等离子体；
成像模块，用于捕捉沿第一光路返回且继续沿第二光路传输的等离子体，以获得等离子体图像；
真空度检测模块，用于对等离子体图像进行检测，以获得真空开关的真空度信息。
优选的，所述等离子体产生模块包括位于第一光路上依次设置的脉冲激光器、二向色镜和第一聚焦透镜。
优选的，所述成像模块包括位于第二光路上依次设置的平面反射透镜、第二聚焦透镜和ICCD相机。
优选的，所述真空度检测模块包括：
控制器，用于对等离子体产生模块和成像模块进行时序控制；
图像检测单元，通过对等离子体图像进行检测，以获得真空开关的真空度信息。
优选的，所述图像检测单元包括：
等离子体强度积分子单元，用于获取等离子体图像的强度积分值；
等离子体轮廓提取子单元，用于提取等离子体的轮廓并计算轮廓面积；
真空度计算子单元，用于根据等离子体的强度积分值和等离子体的轮廓面积计算真空开关的真空度。
优选的，所述等离子体图像的强度积分值是通过将去除背景噪声后的等离子体图像的强度值相加获得的。
优选的，所述等离子体图像的轮廓是通过将去除背景噪声后的等离子体图像中强度值不为零的点进行拟合提取的。
优选的，所述等离子体的轮廓面积通过以下方式获得：将所提取的等离子体的轮廓内点数相加得到轮廓的像素点数，将轮廓的像素点数乘以每个像素点的面积即为等离子体的轮廓面积。
优选的，所述真空开关的真空度通过以下方式获得：根据已知的等离子体强度积分值、轮廓面积与真空度的关系曲线，将计算得到的等离子体强度积分值和轮廓面积带入该关系曲线。
本公开还提供一种基于光路复用的真空开关真空度检测方法，包括如下步骤：
S100：脉冲激光沿第一光路传输并诱导真空开关产生等离子体；
S200：等离子体沿第一光路返回并继续沿第二光路传输后成像；
S300：通过对等离子体图像进行检测，以获得真空开关的真空度信息。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
1、与现有的真空度检测方法相比，可以实现真空开关真空度无接触式测量，无需破坏现有真空开关结构；
2、可实现高精度在线监测，检测范围可达10-4Pa，装置结构简单，可靠性高，具有较高的可操作性。
附图说明
图1是本公开一个实施例提供的一种基于光路复用的真空开关真空度检测装置的结构示意图；
图2是本公开另一个实施例提供的激光等离子体图像；
图3是本公开另一个实施例提供的控制器对ICCD相机的时序控制示意图；
附图中标记说明如下：
1、脉冲激光器；2、ICCD相机；3、第二聚焦透镜；4、平面反射镜；5、二向色镜；6、等离子体；7、脉冲激光；8、第一聚焦透镜；9、连接线；10、电源；11、控制器；12、图像计算单元。
具体实施方式
下面将参照附图1至图3详细地描述本公开的具体实施例。虽然附图中显示了本公开的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本公开的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本公开实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本公开实施例的限定。
一个实施例中，如图1所示，本公开提供一种基于光路复用的真空开关真空度检测装置，包括：
等离子体产生模块，用于产生脉冲激光，所述脉冲激光沿第一光路传输并诱导真空开关产生等离子体；
成像模块，用于捕捉沿第一光路返回且继续沿第二光路传输的等离子体，以获得等离子体图像；
真空度检测模块，用于对等离子体图像进行检测，以获得真空开关的真空度信息。
上述实施例构成了本公开的完整技术方案，与现有技术相比，基于激光诱导等离子体技术的真空开关真空度检测方法，可以实现高精度带电定量检测，检测限较现有技术低两个数量级，可到达10-4Pa，且无需改变现有真空灭弧室结构；并极大地减小了电磁噪声的影响，具有一定的创造性。
另外，需要说明的是，激光等离子体成像一般有两个获取角度，一个是从侧面垂直于激光入射的方向进行成像，另一个就是本申请中沿着激光入射方向进行成像。如果从侧面垂直于激光入射的方向进行成像，必然会多出一个收光光路，从而造成装置结构的复杂化。实际测量中，如果真空开关中的靶材的位置发生变化，必然需要改变激光焦点位置，进而需要改变收光光路位置，使得成像的位置始终是激光焦点处，难免会造成收光条件的变化，进而造成测量结果出现较大的偏差以及装置结构的复杂化，不利于实际使用。
另一个实施例中，所述等离子体产生模块包括位于第一光路上依次设置的脉冲激光器1、二向色镜5和第一聚焦透镜8。
本实施例中，脉冲激光器产生的脉冲激光7经二向色镜和第一聚焦透镜后传输至真空开关，烧蚀目标点靶材产生等离子体6。
另一个实施例中，所述成像模块包括位于第二光路上依次设置的平面反射透镜4、第二聚焦透镜3和ICCD相机2。
本实施例中，靶材烧蚀产生的等离子体沿第一聚焦透镜和二向色镜返回，经平面反射镜反射并通过第二聚焦透镜在ICCD相机上成像。
另一个实施例中，所述真空度检测模块包括：
控制器11，用于对等离子体产生模块和成像模块进行时序控制；
图像检测单元12，通过对等离子体图像进行分析，以获得真空开关的真空度。
本实施例中，在激光产生的瞬间就会产生等离子体，但是在等离子体初始阶段，等离子体会快速膨胀，处于不稳定状态，有着很强烈的连续背景辐射，一段时间后，等离子体趋于稳定，原子离子谱线强度要大于连续背景辐射，因此需要通过连接线9与ICCD相机连接的控制器控制ICCD相机在激光器产生激光的预定时间后对等离子体进行拍摄，从而可以提高检测结果的稳定性以及降低检测误差。控制器与ICCD相机的时序控制如图3所示，其中，控制器产生激光的预定时间设定为400ns。
另一个实施例中，所述图像检测单元包括：
等离子体强度积分子单元，用于获取等离子体图像的强度积分值；
等离子体轮廓提取子单元，用于提取等离子体的轮廓并计算轮廓面积；
真空度计算子单元，用于根据等离子体的强度积分值和等离子体的面积计算真空开关的真空度。
另一个实施例中，所述等离子体图像的强度积分值是通过将去除背景噪声后的等离子体图像的强度值相加获得的。
另一个实施例中，所述等离子体图像的轮廓是通过将去除背景噪声后的等离子体图像中强度值不为零的点进行拟合提取的。
另一个实施例中，所述等离子体的轮廓面积通过以下方式获得：将所提取的等离子体的轮廓内点数相加得到轮廓的像素点数，将轮廓的像素点数乘以每个像素点的面积即为等离子体的轮廓面积。
另一个实施例中，所述真空开关的真空度通过以下方式获得：根据已知的等离子体强度积分值、轮廓面积与真空度的关系曲线，将计算得到的等离子体强度积分值和轮廓面积带入该关系曲线。
另一个实施例中，所述真空度检测模块还包括电源10，用于为控制器和图像检测单元供电。
另一个实施例中，本公开还提供一种真空开关真空度检测方法，包括如下步骤：
S100：脉冲激光沿第一光路传输并诱导真空开关产生等离子体；
S200：等离子体沿第一光路返回并继续沿第二光路传输后成像；
S300：通过对等离子体图像进行检测，以获得真空开关的真空度信息。
该步骤中，获得真空开关的真空度信息具体通过以下步骤进行：
S301：获取等离子体图像的强度积分值；
S302：提取等离子体的轮廓并计算轮廓面积；
S303：根据等离子体的强度积分值和等离子体的轮廓面积计算真空开关的真空度。
本实施例中，所获得的激光等离子体图像如图2所示，根据此激光等离子体图像获得激光等离子体的强度积分值为549166269，轮廓面积为1488156个像素点，将所获得到的激光等离子体强度积分、轮廓面积这两个参数带入求解气压值的方程中，计算得到真空开关的真空度为9.0×10-4Pa，复合真空计测量结果为1.0×10-3Pa，相对复合真空计测量结果误差为-10％，说明本公开所述装置与方法与现有技术相比，有着更低的检测限和较高的精度。
以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
Claims (10)
1.一种基于光路复用的真空开关真空度检测装置，包括：
等离子体产生模块，用于产生脉冲激光，所述脉冲激光沿第一光路传输并诱导真空开关产生等离子体；
成像模块，用于捕捉沿第一光路返回且继续沿第二光路传输的等离子体，以获得等离子体图像；
真空度检测模块，用于对等离子体图像进行检测，以获得真空开关的真空度信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，优选的，所述等离子体产生模块包括位于第一光路上依次设置的脉冲激光器、二向色镜和第一聚焦透镜。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述成像模块包括位于第二光路上依次设置的平面反射透镜、第二聚焦透镜和ICCD相机。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述真空度检测模块包括：
控制器，用于对等离子体产生模块和成像模块进行时序控制；
图像检测单元，通过对等离子体图像进行检测，以获得真空开关的真空度信息。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述图像检测单元包括：
等离子体强度积分子单元，用于获取等离子体图像的强度积分值；
等离子体轮廓提取子单元，用于提取等离子体的轮廓并计算轮廓面积；
真空度计算子单元，用于根据等离子体的强度积分值和等离子体的轮廓面积计算真空开关的真空度。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述等离子体图像的强度积分值是通过将去除背景噪声后的等离子体图像的强度值相加获得的。
7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述等离子体的轮廓是通过将去除背景噪声后的等离子体图像中强度值不为零的点进行拟合提取的。
8.根据权利要求5所述的装置，其中，所述等离子体图像的轮廓面积通过以下方式获得：将所提取的等离子体的轮廓内点数相加得到轮廓的像素点数，将轮廓的像素点数乘以每个像素点的面积即为等离子体的轮廓面积。
9.根据权利要求5所述的装置，其中，所述真空开关的真空度通过以下方式获得：根据已知的等离子体强度积分值、轮廓面积与真空度的关系曲线，将计算得到的等离子体强度积分值和轮廓面积带入该关系曲线。
10.一种基于光路复用的真空开关真空度检测方法，包括如下步骤：
S100：脉冲激光沿第一光路传输并诱导真空开关产生等离子体；
S200：等离子体沿第一光路返回并继续沿第二光路传输后成像；
S300：通过对等离子体图像进行检测，以获得真空开关的真空度信息。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114942100A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-08-26 | 西安交通大学 | 一种用于真空开关真空度检测的装置及方法 |
| CN114942101A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-08-26 | 西安交通大学 | 单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统及方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010157556A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処置装置 |
| CN105575725A (zh) * | 2016-02-22 | 2016-05-11 | 西安交通大学 | 一种真空开关中真空灭弧室的真空度在线监测装置及方法 |
| CN106290264A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-01-04 | 西安交通大学 | 一种基于激光诱导光谱击穿技术检测真空装置真空度的系统及方法 |
| CN207850927U (zh) * | 2018-02-26 | 2018-09-11 | 成都艾立本科技有限公司 | 一种基于激光诱导击穿光谱的在线检测系统 |
| US20190271652A1 (en) * | 2016-11-07 | 2019-09-05 | Academy Of Opto-Electronics Chinese Academy Of Sciences | Scanning type laser induced spectrum analysis and detection system |
| CN112082691A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-15 | 西安交通大学 | 基于激光等离子体成像的低气压测量方法及装置 |
| CN112203390A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-08 | 西安交通大学 | 一种提取激光等离子体轮廓的方法 |
-
2021
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010157556A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処置装置 |
| CN105575725A (zh) * | 2016-02-22 | 2016-05-11 | 西安交通大学 | 一种真空开关中真空灭弧室的真空度在线监测装置及方法 |
| CN106290264A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-01-04 | 西安交通大学 | 一种基于激光诱导光谱击穿技术检测真空装置真空度的系统及方法 |
| US20190271652A1 (en) * | 2016-11-07 | 2019-09-05 | Academy Of Opto-Electronics Chinese Academy Of Sciences | Scanning type laser induced spectrum analysis and detection system |
| CN207850927U (zh) * | 2018-02-26 | 2018-09-11 | 成都艾立本科技有限公司 | 一种基于激光诱导击穿光谱的在线检测系统 |
| CN112082691A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-15 | 西安交通大学 | 基于激光等离子体成像的低气压测量方法及装置 |
| CN112203390A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-08 | 西安交通大学 | 一种提取激光等离子体轮廓的方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114942100A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-08-26 | 西安交通大学 | 一种用于真空开关真空度检测的装置及方法 |
| CN114942101A (zh) * | 2022-01-28 | 2022-08-26 | 西安交通大学 | 单光纤激光诱导击穿光谱的真空度在线检测系统及方法 |
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