一种用于电气设备HF气体检测的在线监测装置的制作方法

本实用新型涉及输电设备在线监测技术领域，特别是涉及一种用于电气设备HF气体检测的在线监测装置。

背景技术：

六氟化硫(SF6)气体具有优良的绝缘和灭弧性能，作为高压电气设备的绝缘介质可以大大减小设备尺寸，因此广泛应用于气体绝缘断路器、高压开关、变压器、互感器等各种电气设备中。

当电气设备发生故障时，通常在固体绝缘物表面发生沿面闪络或在强电场处击穿气体从而与设备外壳间形成接地短路，此时的六氟化硫气体将与故障点处的绝缘介质或金属产生复杂的化学反应，生成大量氟化氢气体(HF)等分解产物并伴随粉尘，这些分解产物不仅会造成设备内部绝缘介质的性能劣化、金属腐蚀，而且会对其它电器设备的运行和区域工作人员的安全带来严重隐患。因此，对于六氟化硫中HF气体的检测非常重要。

目前检测多利用电化学传感器对电气设备中的HF气体进行离线检测，但HF气体具有强烈的腐蚀性，不适合离线检测，且离线检测存在测试不准确，易受环境影响，寿命短的问题。

因此如何使电气设备中HF气体的检测准确且安全简单，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于电气设备HF气体检测的在线监测装置，其能够实现电气设备HF气体的准确在线检测。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于电气设备HF气体检测的在线监测装置，包括用于发射激光的激光器、充有HF气体的光纤气室、用于将光信号转化为电信号的红外传感器，以及用于对所述电信号进行处理的信号处理器，所述光纤气室上设有将激光导入气室内的光纤入射端和将激光导出气室的光纤输出端，所述激光器通过入射光纤与所述光纤入射端连接，所述光纤输出端通过出射光纤与所述红外传感器连接，所述红外传感器的输出端与所述信号处理器线连接。

优选地，所述信号处理器包括线连接且分别用于将所述电信号进行前置放大处理、锁相放大处理和二次谐波处理并形成探测数据的前置放大器、锁相放大器和谐波调控器。

优选地，还包括用于接收所述探测数据并对所述探测数据进行分析和显示的上位机，所述上位机与所述信号处理器连接。

优选地，还包括用于控制所述激光器稳定输出激光的驱动器和温控器。

优选地，所述光纤气室为法兰盖，所述法兰盖内固定有与其同轴的空心圆环，所述光纤气室通过所述法兰盖安装在电气设备上，所述法兰盖的中心位置设有用于所述入射光纤和所述出射光纤进出的光纤导出孔。

优选地，所述空心圆环的圆周上设有入射准直器和出射准直器，所述入射准直器和所述出射准直器的出射方向均沿所述空心圆环的径向，所述入射准直器的出射端朝向所述空心圆环内，所述出射准直器的出射端朝向所述空心圆环外，所述入射光纤连接到所述入射准直器的入射端，所述出射准直器的出射端连接到所述出射光纤。

优选地，所述空心圆环的圆周上设有一个所述入射准直器和一个所述出射准直器，所述出射准直器设在所述空心圆环上与所述入射准直器正对的位置。

优选地，所述空心圆环的圆周上设有多个所述入射准直器和多个所述出射准直器，多个所述出射准直器与多个所述入射准直器一一对应，且所述出射准直器的设置位置正对与其对应的所述入射准直器的设置位置，一个所述入射准直器的入射端用于与所述入射光纤连接，一个所述出射准直器的出射端用于与所述出射光纤连接，其余每个所述出射准直器的出射端均与一个所述入射准直器的入射端通过光纤连接。

优选地，所述空心圆环的圆周上设有准直器固定座，所述入射准直器和所述出射准直器均安装在所述准直器固定座上。

本实用新型提供的用于电气设备HF气体检测的在线监测装置，包括用于发射激光的激光器、充有HF气体的光纤气室、用于将光信号转化为电信号的红外传感器，以及用于对电信号进行处理的信号处理器，光纤气室上设有将激光导入气室内的光纤入射端和将激光导出气室的光纤输出端，激光器通过入射光纤与光纤入射端连接，光纤输出端通过出射光纤与红外传感器连接，红外传感器的输出端与信号处理器线连接。

检测时，激光器发射激光形成入射激光，入射激光通过入射光纤从光纤入射端进入光纤气室内，入射激光经光纤气室内HF气体吸收形成出射激光后从光纤输出端输出，并通过出射光纤传输至红外传感器，红外传感器将接收到的光信号转化为电信号，电信号传输至信号处理器进行处理，得到光纤气室内HF气体的浓度信息。

由于入射激光进入光纤气室后，气室内的HF气体会吸收掉其特有的频谱波段，导致出射激光光强的变化，不同浓度的HF气体，吸收度不同，出射激光的光强也不同，因此红外传感器将接收到的为携带有气体浓度信息的光信号，将光信号转化为电信号，再经信号处理器处理后就能够得到光纤气室内HF气体的浓度信息。综上所述，本实用新型提供的在线监测装置，能够实现电气设备HF气体的实时在线检测，检测准确可靠。

附图说明

图1为本实用新型所提供的用于电气设备HF气体检测的在线监测装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的光纤气室的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本实用新型所提供的光纤气室的一种具体实施方式的使用状态示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种用于电气设备HF气体检测的在线监测装置，其能够实现电气设备HF气体的准确在线检测。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本实用新型所提供的用于电气设备HF气体检测的在线监测装置的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本实用新型所提供的光纤气室的一种具体实施方式的结构示意图；图3为本实用新型所提供的光纤气室的一种具体实施方式的使用状态示意图。

本实用新型具体实施方式提供的用于电气设备HF气体检测的在线监测装置，包括激光器1、光纤气室2、红外传感器3和信号处理器4，其中，光纤气室2设在电气设备内，气室内充有电气设备内的HF气体，且光纤气室2上设有将激光导入气室内的光纤入射端和将激光导出气室的光纤输出端，激光器1通过入射光纤01与光纤入射端连接，光纤输出端通过出射光纤02与红外传感器3连接，红外传感器3的输出端与信号处理器4线连接。

检测时，激光器1发射激光形成入射激光，入射激光通过入射光纤01从光纤入射端进入光纤气室2内，入射激光经光纤气室2内HF气体吸收形成出射激光后从光纤输出端输出，并通过出射光纤02传输至红外传感器3，红外传感器3将接收到的光信号转化为电信号，电信号传输至信号处理器4进行处理，得到光纤气室2内HF气体的浓度信息。

由于入射激光进入光纤气室2后，气室内的HF气体会吸收掉其特有的频谱波段，导致出射激光光强的变化，不同浓度的HF气体，吸收度不同，出射激光的光强也不同，因此红外传感器3将接收到的为携带有气体浓度信息的光信号，将光信号转化为电信号，再经信号处理器4处理后就能够得到光纤气室2内HF气体的浓度信息。综上所述，本实用新型提供的在线监测装置，能够实现电气设备HF气体的实时在线检测，检测准确可靠。

在上述具体实施方式的基础上，本实用新型具体实施方式提供的在线监测装置，信号处理器4具体可以包括线连接的前置放大器41、锁相放大器42和谐波调控器43，前置放大器41、锁相放大器42和谐波调控器43分别对接收到的电信号进行前置放大处理、锁相放大处理和二次谐波处理，形成反映光纤气室2内HF气体浓度信息的探测数据。

进一步，本实用新型具体实施方式提供的在线监测装置，信号处理器4还可以与上位机5进行连接，信号处理器4对接收到的电信号处理得到探测数据后，将探测数据上传至上位机5，上位机5对探测数据进行分析及显示，方便工作人员实时了解。

进一步地，还可以设置驱动器03和温控器04，驱动器03和温控器04与激光器1电连接，控制激光器1输出稳定激光。

在上述各具体实施方式的基础上，本实用新型具体实施方式提供的在线监测装置，为方便HF气体的检测，光纤气室2具体可以为法兰盖21，在法兰盖21内固定有与其同轴的空心圆环22，光纤入射端和光纤输出端设在空心圆环22的圆周上，同时，为方便光纤气室2与激光器1、红外传感器3等的连接，在法兰盖21的中心位置可以设有光纤导出孔23，入射光纤01和出射光纤02从光纤导出孔23引出与激光器1等连接；使用时将光纤气室2通过法兰盖21安装在电气设备上，激光器1等其他组成部件安装在其他远离电气设备的适当位置，实现远距离在线监测电气设备内部HF气体含量安全可靠，并能够避免信号处理器4不会受到电气设备附近电磁场的影响，保证检测结构准确可靠。

为了控制激光的传输方向，保证入射激光从光纤入射端进入光纤气室2后最终能够从光纤输出端射出，在空心圆环22的圆周上可以设有入射准直器24和出射准直器25，入射准直器24和出射准直器25的出射方向均沿空心圆环22的径向，入射准直器24的出射端朝向空心圆环22内，出射准直器25的出射端朝向空心圆环22外，并将入射光纤01连接到入射准直器24的入射端，出射准直器25的出射端连接到出射光纤02。

具体地，在空心圆环22的圆周上可以设有一个入射准直器24和一个出射准直器25，且出射准直器25设在空心圆环22上与入射准直器24正对的位置，入射激光通过入射光纤01进入光纤气室2，并通过入射准直器24准直，传输至与其正对的出射准直器25中，再经过出射光纤02输出，入射激光经入射准直器24传至出射准直器25的过程中其特有的频谱波段被气室内HF气体吸收形成出射激光。

在另一种具体实施方式中，为了增大光强变化，提高测量精准度，在空心圆环22的圆周上可以设有多个入射准直器24和多个出射准直器25，多个出射准直器25与多个入射准直器24一一对应，且每个出射准直器25的设置位置正对与其对应的入射准直器的设置位置，即激光经一个入射准直器24准直后，会从该入射准直器24的出射端传输至与其对应的出射准起器，其中一个入射准直器24的入射端用于与入射光纤01连接，一个出射准直器25的出射端用于与所述出射光纤02连接，其余每个出射准直器25的出射端均与一个入射准直器24的入射端通过光纤连接；检测时，入射激光通过入射光纤01进入光纤气室2，并通过入射准直器24准直，传输至与其正对的出射准直器25中，再经过光纤传输引入另一个入射准直器24处发射激光，依次类推，最终传输至与输出光纤连接的出射准直器25中，并经过出射光纤02输出，在如此反复的激光发射接收过程中，气室内的HF气体会不断吸收掉激光中特有的频谱波段，增大出射激光光强的变化，提高检测精确度。

具体地，可以设置有10个入射准直器24和10个出射准直器25，入射准直器24和出射准直器25可以在空心圆环22的圆周上均匀间隔且交错设置；更便于实现入射准直器24和出射准直器25连接，以及对激光传输方向的控制。当然，入射准直器24和出射准直器25的具体设置数量和设置方式并不限于此，可以根据实际情况进行调整，只要保证入射激光从光纤入射端进入光纤气室2后最终能够从光纤输出端射出，均在本实用新型的保护范围之内。

进一步地，为方便入射准直器24和出射准直器25的安装，在空心圆环22的圆周上可以安装有准直器固定座，并将入射准直器24和所述出射准直器25均安装在准直器固定座上。

以上对本实用新型所提供的用于电气设备HF气体检测的在线监测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。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，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。