CN203551235U - 一种改进型六氟化硫激光检漏仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种改进型六氟化硫激光检漏仪，包括电源、激光调控单元和光学机构，所述激光调控单元包括激光器、激光传感器和红外成像设备，所述光学机构置于激光器的输出信号光路和红外成像设备输入信号光路上，对激光器发射至背景的光束进行调节，对背景反射至红外成像设备的光束进行滤波，所述激光传感器对背景的距离和温度进行检测。本实用新型提供的改进型六氟化硫激光检漏仪，采用气体红外吸收及红外成像技术，视频采集系统通过微处理器处理激光器传感器检测到的信息，结合激光传感器能够对背景的距离和温度进行检测，实现精确定位漏点位置的目的，同时也实现了在检测距离变化的情况下具备距离应变能力的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种综合电力安全检测设备领域中使用的激光检测装置，尤其涉及一种高压电气设备中以六氟化硫气体为介质的高压组合电器开关和断路器的六氟化硫气体漏点定位检测的六氟化硫激光检漏仪。
背景技术
六氟化硫气体的分子具有对称结构、化学性质非常稳定，抗电压击穿性能要比其它任何气体都好，所以六氟化硫气体是一种最理想的应用于变电站设备的绝缘气体。对于充满六氟化硫气体容器内的断路器而言，当其触头分离、切断电路时，产生的电弧使触头周围气体的温度升高，并击穿六氟化硫分子。由于六氟化硫气体具有良好的散热性能，几乎所有被击穿六氟化硫分子可以迅速还原为原态，所以电弧放电结束时，六氟化硫气体就可以迅速恢复为稳定状态。对高压电气设备而言，这种优良的绝缘特性是非常有利的。由于六氟化硫气体具有这些优势，六氟化硫电流互感器和电压互感器也获得了较快的推广应用。虽然充有六氟化硫气体的电气设备体积小、可靠稳定，但是其泄漏是一个非常危险的问题。正常情况下，大气中水分的浓度是六氟化硫气室里水分浓度的几十倍，巨大的内外浓度差使得水分通过设备泄漏渗透到六氟化硫气室里，引起六氟化硫气室里水分浓度大幅升高。纯净的六氟化硫气体是无毒的，有很好的化学稳定性和耐热性。其在15℃下不与水、酸、碱、变压器油、金属及绝缘材料作用；在500℃以下不分解，超过600℃后将产生热分解。所以，六氟化硫气体在电弧的高温（大于4000K）作用下将分解为硫、氟原子或低氟化物，熄弧后可重新结合为六氟化硫，但一小部分气体会与电弧金属蒸气、电极或绝缘材料表面的水分子及氧分子作用，而生成低氟化物和金属氟化物以及硫化氢等，这些有毒气体通过泄漏点释放到外部空间，在一定浓度下将会危及人员安全。此外高惰性的六氟化硫气体也是引起温室效应的主要气体之一，泄漏到大气中对环境有较大危害。所以检测六氟化硫气体泄漏与否是保障电气设备正常、安全工作以及环境保护等的重要手段。传统检测电力设备的六氟化硫气体泄漏有很多方法，如：皂水查漏、包扎查漏、手持检漏仪检漏等方法，但是这些方法一方面工作强度大，另一方面无法实现带电检测。所以寻求一种高效、实时带电检测的方法是必要和迫切的。
如图1、图2所示，六氟化硫气体泄漏激光检测红外成像系统利用了六氟化硫强吸收某一波长范围内红外光的特点，在红外辐射场内，根据泄漏气体吸收红外光与背景所散射或反射的红外光所形成的明暗亮度的对比来检测气体泄漏点的位置，并可定性判断泄漏量的大小。该系统具有较高的检测灵敏度与远距离检测能力，在电力设备带电运行时也可进行高效检测。但是目前的六氟化硫激光检漏仪在产品性能和实用性能上存在如下不足：1、检测灵敏度较低；2、图像对比度不够高，无法精确定位漏点位置、距离和设备的温度；3、检测距离变化情形下，激光光学系统不具备距离应变能力；4没有自动保护的性能；5、在特殊情况下没有检测其他性质气体的性能。
实用新型内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种改进型六氟化硫激光检漏仪，在对六氟化硫进行检漏的同时，能够对被件物体的距离和表面温度进行检测，方便实现整个检漏仪的距离应变能力。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种改进型六氟化硫激光检漏仪，包括电源、激光调控单元和光学机构，所述激光调控单元包括激光器、激光传感器和红外成像设备，所述光学机构置于激光器的输出信号光路和红外成像设备输入信号光路上，对激光器发射至背景的光束进行调节，对背景反射至红外成像设备的光束进行滤波，所述激光传感器对背景的距离和温度进行检测。
通过激光传感器的设计，能够对背景的距离和温度进行检测，使整个检漏仪能够调节至一个比较合理的状态（比如距离和角度）进行检测，以提高整个检漏仪的灵敏度和精确度，实现精确定位漏点位置的目的，同时也实现了在检测距离变化的情况下具备距离应变能力的目的。
优选的，所述激光器为二氧化碳激光器。
优选的，所述激光器为输出红外线波长在9～11μm范围内可调的可调二氧化碳激光器，或者为输出稳定红外线波长为10.55μm的二氧化碳激光器。稳定波长的10.55μm的二氧化碳激光器只能够对六氟化硫一种气体进行检测，检测准确且速度快；可调波长的二氧化碳激光器能够对六氟化硫气体进行检测，也能够对其他一些惰性气体进行检测，检测的范围广。
优选的，所述光学机构包括固定凹透镜、主动凸透镜和补偿凹透镜，所述固定凹透镜设置在主动凸透镜和补偿凹透镜之间。
优选的，所述激光调控单元的启动电路上设置有被动式红外线开关，所述被动式红外线开关是以人体作为红外线源的红外线开关；即将人体作为红外线源（人体温度通常高于周围环境温度），当检测到红外源后关闭可调激光器；即当红外线源被红外线开关检测到时，红外线开关就关闭可调激光器，防止激光束辐射到人体，起到人身安全保护作用。
与现有技术相同，所述红外成像设备的输出信号依次接入前级图像处理单元、后级图像处理单元和图像显示单元；所述前级图像处理单元为将接收到的图像信号分为两路进行差分处理的视频信号采集器，包括双路视频信号采集卡和视频信号差分处理器；所述后级图像处理单元为对接收到的图像信号进行灰度/亮度调节的灰度/亮度调节器；所述图像显示单元为对接收到的图像信号进行显示的LED显示器。优选的，还包括图像存储单元，所述图像存储单元通过USB接口接入后级图像处理单元的信号输出端。
优选的，红外成像设备分成两部分，分别为红外成像部分和可见光成像部分，其中红外成像部分包括红外镜头、光片和红外线探测器，所述可见光成像部分包括可见光镜头和可见光探测器；相对于现有技术增加了可见光成像部分，以提高最终成像效果。
本实用新型利用反向散射吸收气体成像技术（BAGI），是一种用于定位泄漏或跟踪气体云雾为主要目的的激光远程检测技术。目前这种技术还不能提供绝对的气体浓度数据，但是它能通过成像的外观非常有效地提供浓度的分布，通过光学机构及内置的激光传感器能够精确检测位置、距离和温度。本案利用六氟化硫对红外光谱的吸收特性，肉眼不能观察到的六氟化硫泄漏气体在红外视频上清晰可见，可通过图像快速地确认泄漏源。如果设备出现泄漏，则特定波长的检测红外激光被泄漏点处的气体吸收，而无气体泄漏的背景则将辐射到其表面上的红外激光散射或反射到红外成像设备。这样，红外成像设备将接收到一个明暗对比度存在差异的图像，然后通过图像处理和显示系统即可显示出六氟化硫气体泄漏图像和相应泄漏点的位置。
本案的检漏仪工作工程可描述为：开启电源，使激光器发射出特定波长的红外激光束（比如发射稳定的红外线为10.55μm的单一波长，用于检测六氟化硫气体的泄露），激光束通过光学机构，在检测表面（背景）形成一定大小的红外辐射场，其大小可根据检测距离而调整；开启红外成像设备，如果红外辐射场内存在六氟化硫气体泄漏，将接收到一个明暗对比度存在差异的图像，然后通过图像处理和显示系统显示出六氟化硫气体泄漏图像和相应泄漏点的位置；通过对红外成像装置所显示的图像对比度分析，可定性判断泄漏量的大小；通过激光传感器，可以进一步检测被测设备的温度，知晓设备的运行是否正常。
有益效果：本实用新型提供的改进型六氟化硫激光检漏仪，采用气体红外吸收及红外成像技术，视频采集系统通过微处理器处理激光器传感器检测到的信息，结合激光传感器能够对背景的距离和温度进行检测，使整个检漏仪能够调节至一个比较合理的状态进行检测，以提高整个检漏仪的灵敏度和精确度，实现精确定位漏点位置的目的，同时也实现了在检测距离变化的情况下具备距离应变能力的目的；采用可调激光器可对多种气体进行远距离、非接触精确定位置、距离和温度；采用光学机构，实现激光系统具备距离应变能力，在检测距离变化的情形下，改变激光束的发散角度，实现在检测位置处保持大小恒定的立体红外辐射场，提高图像显示单元所示漏点位置的清晰度；根据前级图像处理单元和后级图像处理单元两步图像处理功能，增强气体泄漏的图像信号，提高图像对比度，从而提高了六氟化硫泄漏的检测灵敏度，以及漏点位置的检测精度；设置了被动式的红外线开关，能自动开启或关闭可调激光器，保护人身安全。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图；
图2为激光检漏仪的光路行走示意图；
图3为本实用新型的基本结构的结构示意图；
图4为本实用新型的一种优选实施结构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
如图1所示为一种改进型六氟化硫激光检漏仪，包括电源、激光调控单元和光学机构，所述激光调控单元包括激光器、红外成像设备和激光传感器，所述光学机构置于激光器的输出信号光路和红外成像设备输入信号光路上，对激光器发射至背景的光束进行调节，对背景反射至红外成像设备的光束进行滤波，所述激光传感器对背景的距离和温度进行检测；所述激光调控单元的启动电路上设置有被动式红外线开关，所述被动式红外线开关是以人体作为红外线源的红外线开关，当检测到红外源后关闭可调激光器。所述红外成像设备的输出信号依次接入前级图像处理单元、后级图像处理单元和图像显示单元；所述前级图像处理单元为将接收到的图像信号分为两路进行差分处理的视频信号采集器，包括双路视频信号采集卡和视频信号差分处理器；所述后级图像处理单元为对接收到的图像信号进行灰度/亮度调节的灰度/亮度调节器；所述图像显示单元为对接收到的图像信号进行显示的LED显示器，图像存储单元通过USB接口接入后级图像处理单元的信号输出端。
所述电源为整个检漏仪的用电部分提供电能，为220V交流电或48V直流电。
所述激光器为输出稳定红外线波长为10.55μm的二氧化碳激光器，能够对六氟化硫气体进行准确、快速的检测；在激光调控单元的启动电路上设置有被动式红外线开关，所述被动式红外线开关是以人体作为红外线源的红外线开关，以保证人身安全。
所述光学机构包括固定凹透镜、主动凸透镜和补偿凹透镜，所述固定凹透镜设置在主动凸透镜和补偿凹透镜之间；光学机构将激光器射出的特定波长的红外激光束照射在被检测物体（背景）上，实现具有适当照射范围的立体红外辐射场；同时，光学机构采用超窄带滤光技术，对被检测物体反射回的光束进行滤光，滤除其他干扰光线，以提高整个检漏仪的测试灵敏度（灵敏度<1×10-4scc/sec，视角达到9°×6°）。
所述红外成像设备可采用可见光和红外光图像相结合的结构，即红外成像设备分成两部分，分别为红外成像部分和可见光成像部分，其中红外成像部分包括红外镜头、光片和红外线探测器，所述可见光成像部分包括可见光镜头和可见光探测器，红外线探测器和可见光探测器探测到的图像信息被送入至前级图像处理单元。所述红外镜头和可见光镜头均采用电控对焦，对被检测物体距离电动控制对焦，在LED显示器上可以调整对比度和亮度，提供最佳的显示效果。结合第二代智能数字检测定位系统，可实时掌握激光检测区域，准确定位泄露点。
所述激光传感器对背景的距离和温度进行检测，检测背景区域的热量分布，对设备运行状态提供红外辅助监测。
前级图像处理单元和后级图像处理单元均基于先进的DSP信号处理器进行设计，在检测时可以对检测背景进行消隐和局部泄露图像增强处理，以准确地判断气体泄露以及泄露程度，即便微弱的气体泄露也可以快速、准确地检测出。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种改进型六氟化硫激光检漏仪，其特征在于：包括电源、激光调控单元和光学机构，所述激光调控单元包括激光器、激光传感器和红外成像设备，所述光学机构置于激光器的输出信号光路和红外成像设备输入信号光路上，对激光器发射至背景的光束进行调节，对背景反射至红外成像设备的光束进行滤波，所述激光传感器对背景的距离和温度进行检测。
2.根据权利要求1所述的改进型六氟化硫激光检漏仪，其特征在于：所述激光器为二氧化碳激光器。
3.根据权利要求1所述的改进型六氟化硫激光检漏仪，其特征在于：所述激光器为输出红外线波长在9～11μm范围内可调的二氧化碳可调激光器，或者为输出稳定红外线波长为10.55μm的二氧化碳激光器。
4.根据权利要求1所述的改进型六氟化硫激光检漏仪，其特征在于：所述光学机构包括固定凹透镜、主动凸透镜和补偿凹透镜，所述固定凹透镜设置在主动凸透镜和补偿凹透镜之间。
5.根据权利要求1所述的改进型六氟化硫激光检漏仪，其特征在于：所述激光调控单元的启动电路上设置有被动式红外线开关，所述被动式红外线开关是以人体作为红外线源的红外线开关，当检测到红外源后关闭可调激光器。
6.根据权利要求1所述的改进型六氟化硫激光检漏仪，其特征在于：所述红外成像设备的输出信号依次接入前级图像处理单元、后级图像处理单元和图像显示单元；所述前级图像处理单元为将接收到的图像信号分为两路进行差分处理的视频信号采集器，包括双路视频信号采集卡和视频信号差分处理器；所述后级图像处理单元为对接收到的图像信号进行灰度/亮度调节的灰度/亮度调节器；所述图像显示单元为对接收到的图像信号进行显示的LED显示器。
7.根据权利要求6所述的改进型六氟化硫激光检漏仪，其特征在于：还包括图像存储单元，所述图像存储单元通过USB接口接入后级图像处理单元的信号输出端。
8.根据权利要求1所述的改进型六氟化硫激光检漏仪，其特征在于：红外成像设备分成两部分，分别为红外成像部分和可见光成像部分，其中红外成像部分包括红外镜头、光片和红外线探测器，所述可见光成像部分包括可见光镜头和可见光探测器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140416 |