CN116754610A - 一种低功耗自校验单氢传感器装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低功耗自校验单氢传感器装置；涉及传感器技术领域，包括：外壳，外壳上设置检测连接部，检测连接部的端部设置与变压器连接的接口；第一监测组件，设置于检测连接部内部，第一监测组件包括基体、检测感应层和带有电极的基板，基体上设置用于安装检测感应层的基板，检测感应层与基板上的电极连接，基体设置于检测连接部内并与检测连接部连接；基准参考模块，设置于检测连接部内部，包括腔体，腔体内装有绝缘油，腔体内部设置第二监测组件；控制模块，无线传输模块，电源。本发明还提供一种低功耗自校验单氢传感器监测方法。本发明通过在氢气传感器内设置基准参考模块，实现自校准、高精度低功耗的氢气含量监测。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种低功耗自校验单氢传感器装置及监测方法。
背景技术
由于充油套管和电流互感器结构的特殊性，目前针对充油套管和电流互感器的有效检测和监测手段几乎没有。
充油套管和电流互感器在内部出现放电或热故障时将会使油和纸分解产生特征气体，且氢气所占比重很大，当气体超出油的溶解度时，故障气体将在套管头部储油柜及电流互感器波纹膨胀器处聚集，使套管及电流互感器内部压力增大。通过对充油套管和电流互感器内部油气压力以及油中氢气含量进行实时监测，当压力及氢气含量超出一定限值时发出报警信号，及时采取有效措施，可将缺陷消除在萌芽状态，有效避免事故发生，极大的提高电网设备运行可靠性。
现有的氢气传感器，是在钯薄膜传感器芯片的硅衬底下方增加半导体制冷制热片来调节芯片的工作温度，为了实现半导体制冷制热片的控温操作通常还需要在芯片上增加测温电阻及控温系统，进而导致芯片设计相当繁琐，而且由于环境温度的不同，测量的结果会受到环境温度的影响发生测量偏移，导致测量不准确。
因此，亟需一种低功耗自校验单氢传感器装置，以解决上述测量不准确的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供一种低功耗自校验单氢传感器装置及监测方法。
本发明提出的技术方案为：
一种低功耗自校验单氢传感器装置；包括：
外壳，所述外壳上设置检测连接部，所述检测连接部的端部设置与变压器连接的接口；
第一监测组件，设置于检测连接部内部，所述第一监测组件包括基体、检测感应层和带有电极的基板，所述基体上设置用于安装检测感应层的基板，所述检测感应层与基板上的电极连接，所述基体设置于检测连接部内并与检测连接部连接；
基准参考模块，设置于检测连接部内部，包括腔体，所述腔体设置于检测连接部内部，所述腔体内装有绝缘油，所述腔体内部设置第二监测组件；所述第一监测组件和第二监测组件的结构相同；
控制模块，设置于外壳内部，用于对第一监测组件和第二监测组件监测的第一测量信号和第二测量信号进行分析处理得到校准后测量信息；
无线传输模块，设置于外壳内部，用于实现控制模块的校准后测量信息与远程监测平台的数据传输；
电源，用于对第一监测组件、第二监测组件、控制模块供电；
所述第一监测组件和第二监测组件的输出端控制模块，所述控制模块与无线传输模块连接，所述电源的输出端连接第一监测组件、第二监测组件、控制模块。
作为本发明的进一步技术方案为，所述控制模块包括：
信号调理模块，用于对第一监测组件和第二监测组件的输出信号进行调理输出第一测量信号和第二测量信号；
控制器，对信号调理模块发送的第一测量信号和第二测量信号进行差分比较，生成校准后测量信号输出；
报警输出模块，根据校准后测量信号与报警阈值进行比较，输出报警信号；
所述第一监测组件和第二监测组件的输出端连接信号调理模块，所述信号调理模块的输出端连接控制器，所述控制器的输出端连接报警输出模块。
作为本发明的进一步技术方案为，所述检测感应层为钯膜层或钯合金膜层。
作为本发明的进一步技术方案为，所述基体采用陶瓷、玻璃或隔热聚合物材料制作。
作为本发明的进一步技术方案为，所述外壳为金属材料或塑料材料制作。
作为本发明的进一步技术方案为，所述电源为锂电池。
作为本发明的进一步技术方案为，所述无线传输模块采用lora传输模块。
本发明实施例中，通过信号调理模块对第一监测组件和第二监测组件的输出信号进行放大、滤波、转换输出以获得稳定和准确的第一测量信号和第二测量信号，通过控制器对第一测量信号和第二校准信号进行分析处理，采用差分法对第一测量信号进行校准补偿，不需要另外设置为温度补偿模块，提高补偿校准精度。
本发明还提供一种低功耗自校验单氢传感器监测方法；包括以下步骤：
通过第一监测组件采集变压器绝缘油中的第一测量信号；
通过第二监测组件采集绝缘油的第二测量信号；
其中,所述第一监测组件和第二监测组件均采用权利要求1所述的低功耗自校准单氢传感器；
对第一测量信号和第二测量信号进行调理输出测量信息和参考信息；
其中,测量信息为第一监测组件输出的信号,参考信息为第二监测组件在具有绝缘油的封闭腔体输出的信号；
对测量信息和参考信息进行处理输出校准后测量信息；
其中,处理为将测量信息与参考信息进行比较,若测量信息与参考信息之差超过预设阈值,则输出报警信号；
通过无线传输模块将校准后测量信息传输远程监控平台；
由远程监控平台对传输的测量信息和报警信号进行显示和处理。
作为本发明的进一步技术方案为，所述对测量信息和参考信息进行处理输出校准后测量信息；具体包括：
对测量信息和参考信息进行频率同步检测，提取在同一频率下的振幅和相位信息；
对同一频率下的振幅和相位信息进行差分比较，判断测量信息与参考信息之间的环境误差；
根据环境误差对测量信息进行修正得到校准后测量信息。
本发明的有益效果为：
本发明自校准单氢传感器装置，采用双重检测组件对变压器绝缘油中的氢气进行检测，并通过控制模块实现测量信息的比对校准，从而输出高精度的校准后测量信息，满足高精度低功耗的要求；通过在氢气传感器内设置基准参考模块，形成自校准结构，可以对对环境温度引起的钯合金检测产生的漂移进行校准，通过锁相法差分计算进行校准，提高氢气传感器的检测精度，同时不需要进行加热和温控系统，降低了氢气传感器的功耗，使得内置电池的使用寿命更长，即实现自校准、高精度低功耗的氢气含量监测。
附图说明
图1为本发明提出的一种低功耗自校验单氢传感器装置结构图；
图2为本发明提出的一种低功耗自校验单氢传感器装置控制结构图；
图3为本发明提出的一种低功耗自校验单氢传感器监测方法流程图。
图中所示：
1-外壳，2-第一监测组件，3-基准参考模块，4-控制模块，5-无线传输模块，6-电源；
101-检测连接部，102-接口；201-基体，202-检测感应层，203-基板；301-腔体，302-第二监测组件；401-信号调理模块，402-控制器，403-报警输出模块，
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
如图1至图3所示，其示出了本发明的具体实施方式：
参见图1至图3，一种低功耗自校验单氢传感器装置；包括：
外壳1，所述外壳1上设置检测连接部101，所述检测连接部101的端部设置与变压器连接的接口102；
第一监测组件2，设置于检测连接部101内部，所述第一监测组件2包括基体201、检测感应层202和带有电极的基板203，所述基体201上设置用于安装检测感应层的基板，所述检测感应层202与基板上的电极连接，所述基体201设置于检测连接部内并与检测连接部连接；
基准参考模块3，设置于检测连接部101内部，包括腔体301，所述腔体301设置于检测连接部101内部，所述腔体301内装有绝缘油，所述腔体301内部设置第二监测组件302；所述第一监测组件2和第二监测组件302的结构相同；
控制模块4，设置于外壳1内部，用于对第一监测组件2和第二监测组件302监测的第一测量信号和第二测量信号进行分析处理得到校准后测量信息；
无线传输模块5，设置于外壳1内部，用于实现控制模块的校准后测量信息与远程监测平台的数据传输；
电源6，用于对第一监测组件2、第二监测组件302、控制模块4供电；
所述第一监测组件2和第二监测组件302的输出端控制模块4，所述控制模块4与无线传输模块5连接，所述电源6的输出端连接第一监测组件2、第二监测组件302、控制模块4。
本发明自校准单氢传感器装置，采用双重检测组件对变压器绝缘油中的氢气进行检测，并通过控制模块实现测量信息的比对校准，从而输出高精度的校准后测量信息，满足高精度低功耗的要求。
本发明通过在氢气传感器内设置基准参考模块，形成自校准结构，可以对对环境温度引起的钯合金检测产生的漂移进行校准，通过锁相法差分计算进行校准，提高氢气传感器的检测精度，同时不需要进行加热和温控系统，降低了氢气传感器的功耗，使得内置电池的使用寿命更长，即实现自校准、高精度低功耗的氢气含量监测。
本发明实施例中，控制模块4包括：
信号调理模块401，用于对第一监测组件和第二监测组件的输出信号进行调理输出第一测量信号和第二测量信号；
控制器402，对信号调理模块发送的第一测量信号和第二测量信号进行差分比较，生成校准后测量信号输出；
报警输出模块403，根据校准后测量信号与报警阈值进行比较，输出报警信号；
所述第一监测组件和第二监测组件的输出端连接信号调理模块，所述信号调理模块的输出端连接控制器，所述控制器的输出端连接报警输出模块。
本发明通过信号调理模块对第一测量信号和第二测量信号进行放大、滤波，提高信号的SNR(Signal to Noise Ratio，信号噪声比)，减小噪声的影响，提高检测精度。控制模块可设置根据周期性进行第一监测组件进行校准，依据基准参考模块的监测数据对第一监测组件进行调整和校准，减少环境因素的影响，提高检测精度，通过设置报警输出模块对异常情况进行报警，提醒维人员及时修复，确保传感器稳定可靠的运行，提高检测精度。
本发明实施例中，检测感应层为钯膜层或钯合金膜层，可选钯镍合金；其中，基体采用陶瓷、玻璃或隔热聚合物材料制作；外壳为金属材料或塑料材料制作，电源为锂电池，无线传输模块采用lora传输模块、4G、5G等无线传输模块。
本发明实施例中，通过信号调理模块对第一监测组件和第二监测组件的输出信号进行放大、滤波、转换输出以获得稳定和准确的第一测量信号和第二测量信号，通过控制器对第一测量信号和第二校准信号进行分析处理，采用差分法对第一测量信号进行校准补偿，不需要另外设置为温度补偿模块，提高补偿校准精度。
参见图3，本发明还提供一种低功耗自校验单氢传感器监测方法；包括以下步骤：
S1，通过第一监测组件采集变压器绝缘油中的第一测量信号；
S2，通过第二监测组件采集绝缘油的第二测量信号；
其中,所述第一监测组件和第二监测组件均采用权利要求1所述的低功耗自校准单氢传感器；
S3，对第一测量信号和第二测量信号进行调理输出测量信息和参考信息；
其中,测量信息为第一监测组件输出的信号,参考信息为第二监测组件在具有绝缘油的封闭腔体输出的信号；
S4，对测量信息和参考信息进行处理输出校准后测量信息；
其中,处理为将测量信息与参考信息进行比较,若测量信息与参考信息之差超过预设阈值,则输出报警信号；
S5，通过无线传输模块将校准后测量信息传输远程监控平台；
S6，由远程监控平台对传输的测量信息和报警信号进行显示和处理。
本发明实施例中，对测量信息和参考信息进行处理输出校准后测量信息；具体包括：
对测量信息和参考信息进行频率同步检测，提取在同一频率下的振幅和相位信息；
对同一频率下的振幅和相位信息进行差分比较，判断测量信息与参考信息之间的环境误差；
根据环境误差对测量信息进行修正得到校准后测量信息。
本发明提供的自校准单氢传感器监测方法,通过双传感器采集的第一测量信号和参考信号进行比对校准,输出校准后的测量信息,并将信息无线传输到远端监控平台,实现了低功耗和高精度的氢气在线监测。
以上对本发明进行了详细介绍，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (9)
1.一种低功耗自校验单氢传感器装置，其特征在于：包括：
外壳，所述外壳上设置检测连接部，所述检测连接部的端部设置与变压器连接的接口；
第一监测组件，设置于检测连接部内部，所述第一监测组件包括基体、检测感应层和带有电极的基板，所述基体上设置用于安装检测感应层的基板，所述检测感应层与基板上的电极连接，所述基体设置于检测连接部内并与检测连接部连接；
基准参考模块，设置于检测连接部内部，包括腔体，所述腔体设置于检测连接部内部，所述腔体内装有绝缘油，所述腔体内部设置第二监测组件；所述第一监测组件和第二监测组件的结构相同；
控制模块，设置于外壳内部，用于对第一监测组件和第二监测组件监测的第一测量信号和第二测量信号进行分析处理得到校准后测量信息；
无线传输模块，设置于外壳内部，用于实现控制模块的校准后测量信息与远程监测平台的数据传输；
电源，用于对第一监测组件、第二监测组件、控制模块供电；
所述第一监测组件和第二监测组件的输出端控制模块，所述控制模块与无线传输模块连接，所述电源的输出端连接第一监测组件、第二监测组件、控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种低功耗自校验单氢传感器装置，其特征在于：所述控制模块包括：
信号调理模块，用于对第一监测组件和第二监测组件的输出信号进行调理输出第一测量信号和第二测量信号；
控制器，对信号调理模块发送的第一测量信号和第二测量信号进行差分比较，生成校准后测量信号输出；
报警输出模块，根据校准后测量信号与报警阈值进行比较，输出报警信号；
所述第一监测组件和第二监测组件的输出端连接信号调理模块，所述信号调理模块的输出端连接控制器，所述控制器的输出端连接报警输出模块。
3.根据权利要求1所述的一种低功耗自校验单氢传感器装置，其特征在于：所述检测感应层为钯膜层或钯合金膜层。
4.根据权利要求1所述的一种低功耗自校验单氢传感器装置，其特征在于：所述基体采用陶瓷、玻璃或隔热聚合物材料制作。
5.根据权利要求1所述的一种低功耗自校验单氢传感器装置，其特征在于：所述外壳为金属材料或塑料材料制作。
6.根据权利要求1所述的一种低功耗自校验单氢传感器装置，其特征在于：所述电源为锂电池。
7.根据权利要求1所述的一种低功耗自校验单氢传感器装置，其特征在于：所述无线传输模块采用lora传输模块。
8.一种低功耗自校验单氢传感器监测方法；其特征在于：包括以下步骤：
通过第一监测组件采集变压器绝缘油中的第一测量信号；
通过第二监测组件采集绝缘油的第二测量信号；
其中,所述第一监测组件和第二监测组件均采用权利要求1所述的低功耗自校准单氢传感器；
对第一测量信号和第二测量信号进行调理输出测量信息和参考信息；
其中,测量信息为第一监测组件输出的信号,参考信息为第二监测组件在具有绝缘油的封闭腔体输出的信号；
对测量信息和参考信息进行处理输出校准后测量信息；
其中,处理为将测量信息与参考信息进行比较,若测量信息与参考信息之差超过预设阈值,则输出报警信号；
通过无线传输模块将校准后测量信息传输远程监控平台；
由远程监控平台对传输的测量信息和报警信号进行显示和处理。
9.根据权利要求8所述的一种低功耗自校验单氢传感器监测方法，其特征在于：所述对测量信息和参考信息进行处理输出校准后测量信息；
具体包括：
对测量信息和参考信息进行频率同步检测，提取在同一频率下的振幅和相位信息；
对同一频率下的振幅和相位信息进行差分比较，判断测量信息与参考信息之间的环境误差；
根据环境误差对测量信息进行修正得到校准后测量信息。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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