CN115047037A - 一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置及检测方法，装置包括检测装置主体、固定于检测装置主体背面的气室，和设置于装置主体正面的显示屏和按键，装置主体内设有软件模块和数据处理模块，气室内设有气敏传感器阵列，气敏传感器阵列与检测装置主体背面电路插口进行电路连接，气敏传感器将检测到气体信息转化为电信号，通过电路传输到检测装置内，通过检测装置主体内数据处理模块对电信号进行转化处理，利用软件算法根据需求将检测结果在显示屏上进行输出显示。本发明装置成本低、使用寿命长，检测精度高、体积小，方便携带，能满足多种电力场景的故障气体现场检测。
Description
技术领域
本发明属于气体检测技术领域，具体涉及一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置及检测方法。
背景技术
电气设备的安全运行是电力系统安全、稳定、经济运行的重要基础。随着特高压电网建设，电力输送的容量更大、覆盖范围更广、全国各级电网联系也更加紧密，因此电力故障一旦发生，影响范围也将会更大。当前电力系统中的关键节点——输变电设备：如以SF6为气体绝缘介质的封闭开关设备(GIS)、以绝缘油为液体绝缘介质的变压器等，如果设备内部出现早期及潜伏性绝缘故障，故障产生的放电或者过热能量会使绝缘介质分解，产生一系列复杂的反应，其最终产物为一些特征气体组分，其中，变压器的绝缘油、纸分解主要生成H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、C3H8、C3H6、CO、CO2等；GIS的SF6和固体绝缘受损主要产生SO2、SOF2、SO2F2、H2S、CS2、HF、CO、CO2等。这些特征组分既是表征输变电设备安全稳定运行的重要参数，也是监测其运行状态的重要参考。如未能及时检测出故障特征气体，及早发现设备缺陷并及采取相应运行维护措施，缺陷会进一步恶化，最终会导致设备故障并产生绝缘击穿现象，对电力系统稳定运行造成巨大危害。
现有对这些特征气体组分的检测方法有光声光谱法，气相色谱法，检测管法等，但这些方法对测试环境要求较高，现场检测环境无法满足其检测要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置及检测方法，通过检测绝缘介质(SF6、变压器绝缘油)产生的特征气体来判断电力设备的运行状态，保障电力设备的稳定运行。
本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置，包括检测装置主体、固定于检测装置主体背面的气室，和设置于装置主体正面的显示屏和按键，装置主体内设有软件模块和数据处理模块，气室内设有气敏传感器阵列，气敏传感器阵列与检测装置主体背面电路插口进行电路连接，气敏传感器将检测到气体信息转化为电信号，通过电路传输到检测装置内，通过检测装置主体内数据处理模块对电信号进行转化处理，利用软件算法根据需求将检测结果在显示屏上进行输出显示。
所述气室通过螺丝固定于装置主体背面，气室下端开设气孔，该气孔与三通气口的第一路气口连通，三通气口的第二路气口为出气口与抽气泵连通，第三路气口为进气口，三通气口的出气口和进气口两个气口分别通过电磁阀A和电磁阀B控制通断。
所述气室材质为聚四氟乙烯，耐腐蚀，无气味，质地轻，能较稳定的固定于检测装置背面，不增加装置重量。
所述气敏传感器阵列包括由多种气敏材料组成的气敏材料层，气敏材料层顶部设有微流通道层，与气敏材料层键合，微流通道层内部设有微流通道，微流通道通过气体入口和气体出口与气室空间连通，微流通道层待测气体无需流量调控，直接从气室扩散进微流通道，由此与气敏材料表面接触，发生物理化学反应改变材料电导率，产生电信号，数据处理系统对其进行特征值提取后输出。
所述气敏传感器底部为PCB电路板，外有引脚插头，与检测装置主体背面电路插口匹配，实现电路连接。
所述检测装置主体背面设有温度传感器、湿度传感器和风扇，分别用于对所测环境的温度和湿度进行检测；检测时开启风扇可均匀气室内气体浓度、帮助气敏传感器恢复。
一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置的检测方法，包括如下步骤：
步骤1、将气敏传感器阵列放入气室中，气敏传感器阵列引脚与检测装置主体背面电路插口连接固定，密封气室，开启电磁阀A和抽气泵，让气室处于真空状态，然后开启装置电源，进行电连接，对气室初始环境进行检测；
步骤2、对气敏传感器阵列进行归零标定，调整检测装置初始参数；
步骤3、开启电磁阀B，将待测气体充入气室内，打开风扇均匀气室内气体浓度；
步骤4、气敏传感器对气室内气体进行表面吸附，将气体信息转化为气敏检测电信号，通过数据处理模块获取该电信号后将信号进行处理输出；
步骤5、开启抽气泵，将气室内气体排出，打开风扇，让传感器阵列恢复至初始状态。
本发明具有如下优点：
本发明提供了一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置及检测方法，几个特点如下：微流控气体传感器成本低；气敏传感器阵列方便更换，大大延长了检测装置整体的使用寿命；检测精度上，基于气敏材料的传感器阵列能有效解决多气体组分间的交叉干扰问题，大大提升检测精度；检测装置整体体积较小，内置电源，可实现现场检测，方便快捷。相比于现有技术，本发明能满足多种电力场景的故障气体现场检测，只需更换气敏传感器阵列即可满足不同应用场景需求。
附图说明
图1：便携式检测装置操作正面示意图；
图2：便携式检测装置侧视示意图；
图3：便携式检测装置背面示意图；
图4：气敏传感阵列正面示意图；
图5：气敏传感阵列侧面示意图；
图6：气室外罩示意图；
图7：微流通道示意图；
其中，101为检测装置主体，102为显示屏，103为按键；201为三通气口，202为温度传感器，203为湿度传感器，204为气室，205为风扇，206为抽气泵；301为气敏传感阵列接口，302为电磁阀B，303为电磁阀A；401为PCB电路板，402为气敏材料，403为气敏传感阵列；501为气敏传感阵列引脚；701为气体入口，702为气体出口。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：
一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置用于SF6分解产物检测的检测方法如下：
(1)将SnS2，MoS2，GaN，GO等针对SF6分解组分检测的多种气敏材料402构成的气敏传感器阵列403插入检测装置背面，固定、密封气室204，开启电磁阀A303开关，并开启抽气泵206，让气室处于真空状态。开启装置电源，进行电连接，对气室初始环境进行检测；
(2)对气敏传感器阵列403进行归零标定，即标记初始检测数据，方便后续进行做差以消除影响；
(3)开启电磁阀B302，将待测气体充入气室内，打开电风扇205均匀气室内气体浓度；
(4)气敏传感器对其进行表面吸附，数据处理系统获取电信号并将信号进行处理输出；
(5)检测装置显示屏102显示各气敏材料获取的特征值，并通过检测装置的算法软件对特征值进行处理，显示屏输出待测气体的成分种类H2S，SO2，SO2F2，SOF2……，及其对应浓度，其中，H2S，SO2浓度大于1ppm，检测装置智能判断该电力设备运行状态为不正常；
(6)开启电磁阀A303及抽气泵206，将气室内气体排出，打开内置风扇205，帮助传感器阵列恢复至初始状态。
实施例2：
一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置用于变压器油中溶解气体检测的检测方法如下：
(1)将Cu-GaN，Ni-GaN，MoS2/SnS2等针对变压器油中溶解气体检测的多种气敏材料构成的传感器阵列插入检测装置背面的电路插口之中，固定、密封气室，开启电磁阀A，并开启抽气泵，让气室处于真空状态。开启装置电源，进行电连接，对气室初始环境进行检测；
(2)对气敏传感器阵列进行归零标定，即标记初始检测数据，方便后续进行做差以消除影响；
(3)开启电磁阀B，将待测气体充入气室内，打开电风扇均匀气室内气体浓度；
(4)气敏传感器对其进行表面吸附，数据处理系统获取电信号并将信号进行处理输出；
(5)检测装置显示屏显示各气敏材料获取的特征值，并通过检测装置的算法软件对特征值进行处理，显示屏输出待测气体的成分种类H2、CH4、C2H6、C2H4等，及其对应浓度，检测装置根据被测变压器电压等级规定智能判断该电力设备运行状态：正常/不正常；
(6)开启电磁阀A303及抽气泵，将气室内气体排出，打开内置风扇，帮助传感器阵列恢复至初始状态。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (7)
1.一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置，其特征在于：包括检测装置主体、固定于检测装置主体背面的气室，和设置于装置主体正面的显示屏和按键，装置主体内设有软件模块和数据处理模块，气室内设有气敏传感器阵列，气敏传感器阵列与检测装置主体背面电路插口进行电路连接，气敏传感器将检测到气体信息转化为电信号，通过电路传输到检测装置主体内，通过检测装置主体内数据处理模块对电信号进行转化处理，利用软件模块的算法根据需求将检测结果在显示屏上进行输出显示。
2.如权利要求1所述的一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置，其特征在于：所述气室通过螺丝固定于装置主体背面，气室下端开设气孔，该气孔与三通气口的第一路气口连通，三通气口的第二路气口为出气口与抽气泵连通，第三路气口为进气口，三通气口的出气口和进气口两个气口分别通过电磁阀A和电磁阀B控制通断。
3.如权利要求1所述的一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置，其特征在于：所述气室材质为聚四氟乙烯。
4.如权利要求1所述的一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置，其特征在于：所述气敏传感器阵列包括由多种气敏材料组成的气敏材料层，气敏材料层顶部设有微流通道层，与气敏材料层键合，微流通道层内部设有微流通道，微流通道通过气体入口和气体出口与气室空间连通。
5.如权利要求1所述的一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置，其特征在于：所述气敏传感器底部为PCB电路板，外有引脚插头，与检测装置主体背面电路插口匹配，实现电路连接。
6.如权利要求1所述的一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置，其特征在于：所述检测装置主体背面设有温度传感器、湿度传感器和风扇。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种基于微流控气敏传感器的便携式检测装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、将气敏传感器阵列放入气室中，气敏传感器阵列引脚与检测装置主体背面电路插口连接固定，密封气室，开启电磁阀A和抽气泵，让气室处于真空状态，然后开启装置电源，进行电连接，对气室初始环境进行检测；
步骤2、对气敏传感器阵列进行归零标定，调整检测装置初始参数；
步骤3、开启电磁阀B，将待测气体充入气室内，打开风扇均匀气室内气体浓度；
步骤4、气敏传感器对气室内气体进行表面吸附，将气体信息转化为气敏检测电信号，通过数据处理模块获取该电信号后将信号进行处理输出；
步骤5、开启抽气泵，将气室内气体排出，打开风扇，让传感器阵列恢复至初始状态。
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