CN201903502U - Sf6气体激光成像仪 - Google Patents

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王丰飞
杜晓兵
颜鹏
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Abstract

本实用新型公开了一种SF6气体激光成像仪,属于设备安全检测技术领域,包括控制单元、系统电源和可见光摄像机、触摸液晶显示器、FPGA、激光调控电源、可见光摄像机、红外探测仪和激光探头;控制单元连接触摸液晶显示器、FPGA和激光调控电源,控制单元和FPGA分别与红外探测仪相连;激光发射器与激光调控电源、激光源相连;系统电源连接控制单元、FPGA、A/D转化电路、激光源、激光调控电源、可见光摄像机、红外探测仪和激光探头。本仪器操作简单,能准确探测微量SF6气体位置。有电动对焦特性,可实时根据距离变化观察到清晰的图像;激光探头精确定位激光检测区域,降低了检测人员的劳动强度、节约时间、提高了经济效益。

Description

SF6气体激光成像仪

技术领域

[0001] 本实用新型属于仪器安全检测设备技术领域,涉及一种成像仪,特别是一种SF6气 体激光成像仪。

背景技术

[0002] SF6气体是无色、无臭、不燃、无毒的惰性气体,具有优良的绝缘性能和灭弧性能, 且化学结构稳定,不容易分解变质。SF6气体不溶于水和变压器油,在炽热的温度下,它与氧 气、氩气、铝及其他许多物质均不发生作用。在高温电弧作用下,很少量的SF6会分解为有 毒的SOF2、SAF2、SF4和SOF4等,但在电弧过零值后,很快又再结合成SF6。因此,长期密封使 用的SF6,虽经多次灭弧作用,也不会减少或变质。鉴于SF6气体的上述优良性质,其被广泛 应用于高压电器制造行业和电气技术设备。电器设备中SF6气体的泄露会降低电器设备绝 缘性能,威胁工作人员的人身安全,带来潜在的安全隐患。同时,由于SF6是一种温室气体, 可停留于大气层达数千年之久,而SF6气体产生的温室效应是二氧化碳的M000倍,对环 境的破坏相当严重。因此出于安全和环保的考虑要求对应用SF6气体的高压电气设备要定 期检测SF6气体的泄露情况。

[0003] 当前,对设备检漏和查找漏点的常见做法有:大面积刷肥皂泡法,定性、定量检测 法,塑料薄膜密封法等等。传统的检测方法需要设备停止运行,因此,检测效率偏低而且传 统检测方法需要操作人员直接接触高压电器设备,如果电器设备存在问题会危及检测人员 的人身安全。伴随着SF6电器设备的大量使用,对SF6检测的效率、安全性、经济性提出了更 高的要求。SF6气体激光成像仪就是顺应这种检测需求而出现的检测设备。但是,市场上已 有的SF6气体激光成像仪由于采用的激光源功率控制不及时,很容易造成内部成像单元的 损伤,且检测图像显示为黑白图像,检测设备机身笨重,不利于检测的人性化。

发明内容

[0004] 为克服上述现有技术的缺陷或不足,本实用新型的目的在于,提供一种SF6气体激 光成像仪,本实用新型是一种具有灰度报警、防灼伤、图像伪彩化的便携式激光气体成像装 置。该仪器不仅可以精确定位SF6气体所在区域,而且能确保设备安全运行和工人人员的 人身安全,提高设备检修工作效率。

[0005] 为了达到上述目的,本实用新型采用如下技术解决方案:

[0006] 一种SF6气体激光成像仪,包括控制单元、系统电源和可见光摄像机,其特征在于, 还包括触摸液晶显示器、FPGA芯片、激光调控电源、红外探测仪和激光探头;所述控制单元 连接所述触摸液晶显示器、FPGA芯片和激光调控电源,控制单元和FPGA芯片分别通过A/ D转化电路与所述红外探测仪相连;所述激光调控电源连接激光发射器,所述激光发射器 与激光源相连;所述系统电源连接控制单元、FPGA芯片、A/D转化电路、激光源、激光调控电 源、可见光摄像机、红外探测仪和激光探头。

[0007] 所述红外探测仪用来采集激光源照射下SF6电气设备及其周围的图像;可见光相机采集到的为可见光条件下SF6电气设备及其周围的图像;所述激光源为检测时采用的外 加光源;此激光源发出的点状光斑通过扩束镜转变成为区域光源;激光探头是为了定位区 域光源的位置而采用的辅助定位设备;触摸液晶显示器用来显示红外探测仪和可见光相机 采集到的图像,并作为用户和SF6气体激光成像仪的交互接口 ;FPGA模块通过对黑白图像 的处理来实现图像的伪彩功能;控制单元通过检测像素的灰度值来实现灰度报警功能,同 时控制激光调控电源减小功率,防止因激光源功率过大而灼伤红外探测仪;系统电源为整 个SF6气体激光成像仪的工作提供电力来源。

[0008] 所述控制单元连接触摸屏液晶显示器、FPGA芯片和激光调控电源,控制单元和 FPGA芯片分别通过A/D转化电路与红外探测仪相连;所述激光调控电源连接激光源,为激 光源的供电电源;所述系统电源连接控制单元、FPGA芯片、A/D转化电路、激光调控电源、可 见光摄像机、红外探测仪和激光探头。

[0009] 本实用新型还包括如下其它技术特征:

[0010] 所述A/D转化电路与红外探测仪之间设置有放大器,系统电源为所述放大器供 H1^ ο

[0011] 所述可见光摄像机的出口端设置第一镜头,所述第一镜头采用电动镜头。

[0012] 所述红外探测仪的前方设置第二镜头,所述第二镜头采用电动镜头。

[0013] 所述激光发射器的出口端设置散射透镜组。

[0014] 所述散射透镜组入口端设置滤光片,散射透镜组出口端设置第三镜头,所述第三 镜头采用电动镜头。

[0015] 所述控制单元ARM微处理器与FPGA器件。

[0016] 所述激光发射器采用(X)2激光发射器。

[0017] 所述系统电源采用外接电源及便携式蓄电池。

[0018] 所述红外探测器为非制冷型多晶硅红外成像仪器。

[0019] 本实用新型的优点在于:

[0020] 1、加强了对SF6设备的管理,提高了 SF6S备的运行可靠性,减少了维护成本;可以 在SF6设备带电正常运行的同时,以便携成像的方式快速、直观、实时、准确定位SF6气体位置。

[0021] 2、具有灰度报警功能,当灰度值超过警戒值时,控制单元自动降低激光发射器的 功率,以防止红外探测仪灼伤,保证仪器安全工作。

[0022] 3、实现伪彩编码方式,将黑白显示为灰阶划分为许多彩色域,使黑白图形或图像 变成彩色,增强人眼对不同强度的敏感度,从主观上增加了显示信号的动态范围,增强图像 边界的可识别程度。

[0023] 4. ARM微处理器的采用,使得本实用新型支持SD卡的储存,可有效的获取静态图 像和动态影像资料,实现资料的保存,以便后期的检测工作提供参考、信息分析。

[0024] 5、采用触摸式液晶显示屏,通过触摸快捷键实现各种功能切换;同时红外探测仪 具有高灵敏度模式功能,能够准确探测到微量SF6气体的位置。

[0025] 6、便携式蓄电池使工作人员可以在外界断电状态下,正常检测SF6气体的精确位 置,为减少经济损失和危害人身安全提供保障。

[0026] 7、红外探测仪与可见光相机具有电动对焦特性,可以实时的根据距离变化而观察到清晰的图像;激光探头发出的呈“十字”型近红外线可以精确地定位激光检测区域,提高 精确度与检测功效。

[0027] 8、选用防尘防水镜头,可适用于任何恶劣检测条件,亦可以在雪天雨天检测SF6气 体精确位置。

[0028] 9、简单的构造,优化的设计,精小的仪器体积,既减轻了仪器重量,又为用户工作 提供了灵活性、随机性,突破了工作环境的局限性;降低了检测人员的劳动强度、节约了大 量时间、提高了经济效益。

附图说明

[0029] 图1是本实用新型的结构示意图。

[0030] 图2是本实用新型的仪器前端布局示意图。

[0031] 图3是本实用新型的仪器前端工作原理示意图。

[0032] 以下结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的解释说明。

具体实施方式

[0033] 如图1所示,本实用新型的SF6气体激光成像仪,包括控制单元1、系统电源8和可 见光摄像机10,所述可见光摄像机10的出口端设置第一镜头15,所述第一镜头15采用电 动镜头。本激光成像仪还包括触摸液晶显示器2、FPGA芯片3、激光调控电源9、可见光摄像 机10、红外探测仪11和激光探头14 ;所述控制单元1连接所述触摸液晶显示器2、FPGA芯 片3和激光调控电源9,控制单元1和FPGA芯片3分别通过A/D转化电路4与所述红外探 测仪11相连,所述A/D转化电路4与红外探测仪11之间设置有放大器5,系统电源(8)为 所述放大器5供电。所述红外探测仪11的前方设置第二镜头16,所述第二镜头16采用电 动镜头。

[0034] 所述激光调控电源9连接激光发射器7,所述激光发射器7与激光源6相连;激光 发射器7的出口端设置散射透镜组13,散射透镜组13入口端设置滤光片12,散射透镜组13 出口端设置第三镜头17,所述第三镜头17可选用防水防尘镜头。

[0035] 所述系统电源8连接控制单元1、FPGA芯片3、A/D转化电路4、激光源6、激光调控 电源9、可见光摄像机10、红外探测仪11和激光探头14。

[0036] 控制单元1和FPGA芯片3结合外围电路设计共同控制本实用新型的其他设备。控 制单元1采用ARMll系列的64位微处理器。

[0037] 控制单元1利用软件编程实现图像的伪彩处理,将黑白图形或图像变成彩色。控 制单元1接收用户在触摸液晶显示器2上操作的控制信息,实现用户利用触摸方式在液晶 屏上的图像切换功能。并通过液晶显示器2从主观上增加显示信号的动态范围,增强图像 边界的可识别程度,实现可见光与激光的图像伪彩显示。

[0038] 控制单元1控制激光调控电源9,从而控制激光发射器7的开关和输出功率;当灰 度值超过警戒值时,控制单元1通过程序控制DB15针供电端口自动降低激光发射器7的功 率,防止红外探测仪11灼伤,具有灰度报警功能。

[0039] 控制单元1支持实时时钟,实现按时间信息命名视频AVI格式存储、JPG格式存储, 可选择实时监视和回放模式;支持SD卡的储存,可有效获取与存储静态图像和动态影像,便于后期的检测工作提供参考、信息分析。 [0040] FPGA芯片3实现图像与信号的处理; [0041 ] A/D转化电路4实现控制信号的模数转换;

[0042] 放大器5与A/D转化电路4、红外探测仪11相连,实现信号的精确采集以便为后期 数据的分析提供有力保障;

[0043] 激光发射器7采用(X)2激光发射器,该发射器发出的激光波长为10. 2〜10. 8微米 之间。激光发射器7的出口端设有滤光片12与散射透镜组13,激光发射后滤光片12能够 使波长为10. 55微米的激光透过,然后散射透镜组13使激光传射由定向转变为4°〜8° 的发散传射;

[0044] 系统电源8采用便携式蓄电池,使工作人员可以在外界断电状态下,正常检测SF6 气体精确位置,为减少经济损失和危害人身安全提供保障。

[0045] 可见光摄像机10与第一镜头15相连、红外探测仪11与第二镜头16相连,能够实 现电动对焦,可以实时的根据距离变化而观察到清晰的图像,使得所捕获的图像时刻保持 清晰状态。

[0046] 红外探测仪11为非制冷型多晶硅红外成像仪器,型号为D780系列,其具有 384*288像素,电动镜头、定制灰度报警功能。体积小、紧凑轻巧、控制简便、2X电子变倍、降 低噪声、黑热/白热极性反转显示、多种自定义组态模式、亮度/增益调整;红外探测仪11 具有电动对焦特性,可以实时的根据距离变化而观察到清晰的图像;利用触摸液晶显示器 方式实现液晶屏上图像切换功能。

[0047] 激光探头14可以精确地定位激光检测区域,提高精确度与检测功效。

[0048] 如图2所示,实际应用时,将激光发射器7、可见光摄像机10、红外探测仪11和激 光探头14呈菱形设置在本实用新型的仪器前端,激光发射器7在正上方,可见光摄像机1 和激光探头14排列在中间的左右两边,可见光摄像机10在正下方。

[0049] 如图3所示,本实用新型工作开始后,其仪器工作原理如下:

[0050] 激光发射器7发射的激光a到达检测区域,并在物体表面上反射,返回的数据信息 经FPGA芯片3处理后,通过触摸液晶显示器2显示图像;由于SF6气体b对红外光线(波长 为10. 55微米)具有强烈的吸收作用,因此,当检测区域存在SF6气体时,背景物体B上反射 到红外探测仪11的激光c的数据信息经过处理后,通过触摸液晶显示器2显示图像,此时 反射到红外探测仪11的红外光线能量急剧地减弱,使通常看不到的SF6气体在触摸液晶显 示器2上通过伪彩技术变得清晰可见,并成黑色烟状飘散,且随着气体浓度不同,黑度也不 同;激光探头14发出的呈“十字”型近红外线能够精确地定位激光检测区域d,从而达到提 高精确度与检测功效,快速定位气体位置的目的。

[0051] 以上描述了本实用新型的主要特征和工作原理。本领域技术人员应当了解,本实 用新型不受上述实施例的限制,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还 会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型 要求保护范围由权利要求书的范围界定。

Claims (10)

1. 一种SF6气体激光成像仪,包括控制单元(1)、系统电源(8)和可见光摄像机(10),其 特征在于,还包括触摸液晶显示器(2)、FPGA芯片(3)、激光调控电源(9)、红外探测仪(11) 和激光探头(14);所述控制单元(1)连接所述触摸液晶显示器(2)、FPGA芯片(3)和激光调 控电源(9),控制单元(1)和FPGA芯片(3)分别通过A/D转化电路(4)与所述红外探测仪 (11)相连;所述激光调控电源(9)连接激光发射器(7),所述激光发射器(7)与激光源(6) 相连;所述系统电源(8)连接控制单元(1)、FPGA芯片(3)、A/D转化电路(4)、激光源(6)、激 光调控电源(9 )、可见光摄像机(10 )、红外探测仪(11)和激光探头(14 )。
2.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪,其特征在于,所述A/D转化电路(4)与红 外探测仪(11)之间设置有放大器(5 ),系统电源(8 )为所述放大器(5 )供电。
3.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪,其特征在于,所述可见光摄像机(10)的 出口端设置第一镜头(15 ),所述第一镜头(15 )采用电动镜头。
4.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪,其特征在于,所述红外探测仪(11)的前 方设置第二镜头(16),所述第二镜头(16)采用电动镜头。
5.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪,其特征在于,所述激光发射器(7)的出口 端设置散射透镜组(13)。
6.如权利要求5所述的SF6气体激光成像仪,其特征在于,所述散射透镜组(13)入口 端设置滤光片(12),散射透镜组(13)出口端设置第三镜头(17),所述第三镜头(17)选用防 水防尘镜头。
7.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪,其特征在于,所述控制单元(1)采用ARM 微处理器。
8.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪,其特征在于,所述激光发射器(7)采用(X)2 激光发射器。
9.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪,其特征在于,所述系统电源(8)采用便携 式蓄电池。
10.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪,其特征在于,所述红外探测器(11)为非 制冷型多晶硅红外成像仪器。
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