一种六氟化硫分解气体检测装置的制作方法

本发明涉及六氟化硫(sf6)分解气体检测技术领域，尤其涉及一种对六氟化硫分解气体进行检测用的检测装置。

背景技术：

由于sf6电气设备具有良好的绝缘、灭弧介质特性，同时具有运行安全可靠、检修周期长以及占地面积小等优势，故作为输配电设备广泛应用到了电力系统中。sf6电气设备内部出现早期潜伏性绝缘故障时，常伴随有不同形式和强度的电位差或局部过热等物理现象，使sf6发生不同程度的分解，并产生h2s、co和hf等多种分解气体，这些气体都是有毒且具有腐蚀性的气体，对电力设备以及工作人员的生命安全造成很大的威胁。由此可见，sf6电气设备的工作状况直接关系到电力系统的安全经济运行。

在使用过程中，通常是依据sf6电气设备中sf6的分解程度即分解形成的各种分解气体的含量来确定sf6电气设备工作状况。目前，在对sf6电气设备中sf6气体的分解情况进行在线检测时，多是采用人工取样的气相色谱检测仪进行检测，检测时间长，维护工作量大，且检测效果不理想。另外，由于sf6分解产生的分解气体在绝缘电气中含量较低，气相色谱检测仪也无法对其进行快速灵敏的检测。

技术实现要素：

为缩短检测时间，提高检测效果及检测灵敏度，本发明提出一种六氟化硫分解气体检测装置，该六氟化硫分解气体检测装置包括锁相电路模块、光源驱动模块、检测光源、光开关、长光程气室、光电探测器以及信号处理与控制模块；

所述光源驱动模块与所述锁相电路模块和所述检测光源连接，所述光源驱动模块根据所述锁相电路模块提供的高频信号调制得出驱动电流信号，并将所述驱动电流信号输入到所述检测光源中；

所述信号处理与控制模块与所述光开关连接并控制所述光开关以固定的频率切换选通不同波长的检测光束；

所述检测光源包括第一检测光源、第二检测光源和第三检测光源，并分别在所述驱动电流信号的驱动下产生不同波长的检测光束，且该检测光束具有低频锯齿信号的周期性，所述检测光束通过所述光开关选通检测所需的检测光束进入到所述长光程气室中，所述长光程气室中的待检测气体对所述检测光束进行吸收，形成吸收信号；

所述光电探测器探测出所述吸收信号并将探测到的吸收信号传输到所述锁相电路模块中；

所述锁相电路模块采集所述吸收信号并对所述吸收信号进行反演计算出所述待检测气体中分解气体的浓度值，并将计算出的所述分解气体的浓度值传输到所述信号处理与控制模块中。

该六氟化硫分解气体检测装置采用光开关选通检测光源发出的不同波长的检测光束，即可由锁相电路模块利用长光程气室中各种不同的分解气体对相应波长的检测光束的吸收情况反演计算出不同分解气体的浓度值，同时，信号处理与控制模块可根据长光程气室中不同分解气体的浓度值控制光开关的切换频率。由此可见，在采用该六氟化硫分解气体检测装置对气体分解情况进行检测时，利用光开关基于时分复用原理实现对不同分解气体的浓度进行检测，相较于人工取样检测，大大缩短了检测时间，同时提高了检测效果及检测灵敏度。

优选地，所述第一检测光源选用中心波长为1578nm的激光器，用于检测所述待检测气体中的hf的浓度；所述第二检测光源选用中心波长为1568nm的激光器，用于检测所述待检测气体中co的浓度；所述第三检测光源选用中心波长为1273nm的激光器，用于检测所述待检测气体中h2s的浓度。这样，该六氟化硫分解气体检测装置可对sf6电气设备中sf6的分解程度进行实时检测，从而可减小甚至避免因sf6电气设备中sf6的分解产生h2s、co和hf等有毒及腐蚀性的气体而对电力系统中的电力设备以及工作人员的生命安全造成威胁，保证电力系统的安全经济运行。

优选地，所述光源驱动模块包括激光器驱动电路、激光器保护电路、温控电路和保护处理单片机，所述激光器驱动电路与所述检测光源连接，用于驱动所述检测光源发出检测光束；

所述激光器保护电路与所述保护处理单片机连接并根据所述保护处理单片机发出的保护指令对所述检测光源进行保护；

所述温控电路与所述保护处理单片机连接，并实时采集所述检测光源的温度传输到所述保护处理单片机中，并根据所述保护处理单片机发出的温控指令对所述检测光源进行降温保护。

这样，光源驱动模块中包括有激光器保护电路和温控电路，可对检测光源的第一检测光源、第二检测光源以及第三检测光源进行保护，避免检测光源在工作过程中受到损害，延长检测光源的使用寿命，进而延长本发明六氟化硫分解气体检测装置的使用寿命。

优选地，所述激光器保护电路包括低通滤波电路、防浪涌电路、慢启动电路和/或过流过压保护电路。这样，低通滤波电路可减小电源电流中的谐波分量，同时滤除电网中的一些高频噪声；防浪涌电路可避免电路中形成浪涌电流威胁激光器的正常工作；慢启动电路可使的电流输出由零缓慢上升到额定值，保证激光器顺利过渡到正常工作区，避免激光器因瞬时电流突变产生永久性损坏；过流过压保护电路可避免激光器因过流或过压而被损坏。

优选地，所述锁相电路模块包括模拟信号处理电路、模数转换电路、fpga和锁相单片机，所述模拟信号处理电路与所述光电探测器连接并对所述光电探测器探测到的吸收信号进行模拟处理，得到模拟吸收信号；所述模数转换电路与所述模拟信号处理电路连接并对所述模拟吸收信号进行模数转换处理，得到数字吸收信号；所述fpga与所述模数转换电路连接并将所述数字吸收信号传输到所述锁相单片机中进行存储，且所述fpga根据所述数字吸收信号计算出该长光程气室中分解气体的谐波信号曲线，并将该谐波信号曲线传输到所述锁相单片机中；所述锁相单片机根据所述谐波信号曲线计算出分解气体的浓度值。该锁相电路模块，先利用模拟信号处理电路对光电探测器探测到的吸收信号进行模拟处理得到模拟吸收信号，再利用模数转换电路对模拟吸收信号进行模数转换处理得到数字吸收信号，接着利用fpga根据数字吸收信号反演计算出长光程气室中相应的分解气体的浓度值，计算精准且效率高。进一步地，所述锁相电路模块中还设置有数模转换电路，该数模转换电路与所述锁相单片机连接并可对所述数字吸收信号以及所述锁相单片机计算出的分解气体的浓度值进行数模转换，以方便后续显示或处理使用。进一步优选地，所述锁相电路模块中设置有串口接口，该串口接口与所述锁相单片机连接以将计算出的所述分解气体的浓度值传输到所述信号处理与控制模块中，以便于信号处理与控制模块根据反演计算结果对光开关的切换频率进行控制，进一步提高检测效率及检测精准度。

优选地，该六氟化硫分解气体检测装置还包括上位机，该上位机与所述信号处理与控制模块连接并用于显示所述信号处理与控制模块传输来的数据，以便于检测人员能够直接读出检测结果。

附图说明

图1为本发明六氟化硫分解气体检测装置的结构框图；

图2为图1中所示的光源驱动模块的结构框图；

图3为图1中所示的锁相电路模块的结构框图。

具体实施方式

下面，结合图1-3，对本发明六氟化硫分解气体检测装置进行详细说明。

如图1所示，本发明六氟化硫分解气体检测装置包括锁相电路模块1、光源驱动模块2、检测光源、光开关4、长光程气室5、光电探测器6、信号处理与控制模块7以及上位机8。其中，光源驱动模块2与锁相电路模块1和检测光源连接，光源驱动模块2根据锁相电路模块1提供的高频信号调制得出驱动电流信号，并将驱动电流信号输入到检测光源中。信号处理与控制模块7与光开关4连接并控制光开关4以固定的频率切换选通不同波长的检测光束。检测光源包括第一检测光源31、第二检测光源32和第三检测光源33，并分别在驱动电流信号的驱动下产生不同波长的检测光束，且该检测光束具有低频锯齿信号的周期性，检测光束通过光开关4选通检测所需的检测光束进入到长光程气室5中，长光程气室5中的待检测气体对检测光束进行吸收，形成吸收信号。优选地，第一检测光源31选用中心波长为1578nm的激光器，用于检测待检测气体中的h2s的浓度值；第二检测光源32选用中心波长为1568nm的激光器，用于检测所述待检测气体中co的浓度值；第三检测光源33选用中心波长为1273nm的激光器，用于检测所述待检测气体中hf的浓度值。这样，该六氟化硫分解气体检测装置可对sf6电气设备中sf6的分解程度进行实时检测，从而可减小甚至避免因sf6电气设备中sf6的分解产生h2s、co和hf等有毒及腐蚀性的气体而对电力系统中的电力设备以及工作人员的生命安全造成威胁，保证电力系统的安全经济运行。优选地，上述第一检测光源31、第二检测光源32以及第三检测光源33均可选用工业蝶形封装的分布式反馈激光器。光电探测器6探测出吸收信号并将探测到的吸收信号传输到锁相电路模块1中。锁相电路模块1采集吸收信号并对吸收信号进行反演计算出待检测气体中分解气体的浓度值，并将计算出的分解气体的浓度值传输到信号处理与控制模块7中。上位机8与信号处理与控制模块7连接并用于显示信号处理与控制模块7传输来的数据，以便于检测人员能够直接读出检测结果。

如图2所示，光源驱动模块2包括激光器驱动电路21、激光器保护电路22、温控电路23和保护处理单片机24。其中，激光器驱动电路21与激光器即检测光源连接，用于驱动检测光源发出检测光束。激光器保护电路22与保护处理单片机24连接并根据保护处理单片机24发出的保护指令对检测光源进行保护。优选地，激光器保护电路22包括低通滤波电路、防浪涌电路、慢启动电路和/或过流过压保护电路。这样，低通滤波电路可减小电源电流中的谐波分量，同时滤除电网中的一些高频噪声；防浪涌电路可避免电路中形成浪涌电流威胁激光器的正常工作；慢启动电路可使的电流输出由零缓慢上升到额定值，保证激光器顺利过渡到正常工作区，避免激光器因瞬时电流突变产生永久性损坏；过流过压保护电路可避免激光器因过流或过压而被损坏。温控电路23与保护处理单片机24连接，并实时采集检测光源的温度传输到保护处理单片机24中，并根据保护处理单片机24发出的温控指令对检测光源进行降温保护。这样，光源驱动模块中包括有激光器保护电路和温控电路，可对检测光源的第一检测光源、第二检测光源以及第三检测光源进行保护，避免检测光源在工作过程中受到损害，延长检测光源的使用寿命，进而延长本发明六氟化硫分解气体检测装置的使用寿命。优选地，保护处理单片机24可选用arm单片机。

如图3所示，锁相电路模块1包括模拟信号处理电路11、模数转换电路12、fpga13、锁相单片机14、数模转换电路15和串口接口16。其中，模拟信号处理电路11与光电探测器6连接并对光电探测器6探测到的吸收信号进行模拟处理，得到模拟吸收信号。模数转换电路12与模拟信号处理电路11连接并对模拟吸收信号进行模数转换处理，得到数字吸收信号。fpga13与模数转换电路12连接并将数字吸收信号传输到锁相单片机14中进行存储，且fpga13弧数字吸收信号计算出长光程气室中分解气体的谐波信号曲线，并将该谐波信号曲线传输到锁相单片机14中；锁相单片机14根据接收到的谐波信号曲线计算出分解气体的浓度值。数模转换电路15与锁相单片机14连接并可对数字吸收信号以及锁相单片机14计算出的分解气体的浓度值进行数模转换，以方便后续显示或处理使用。串口接口16与锁相单片机14连接以将计算出的分解气体的浓度值传输到信号处理与控制模块7中，以便于信号处理与控制模块7根据反演计算结果对光开关的切换频率进行控制，进一步提高检测效率及检测精准度。该锁相电路模块1，先利用模拟信号处理电路11对光电探测器6探测到的吸收信号进行模拟处理得到模拟吸收信号，再利用模数转换电路12对模拟吸收信号进行模数转换处理得到数字吸收信号，接着利用fpga13根据数字吸收信号反演计算出长光程气室中相应的分解气体的浓度值，计算精准且效率高。

该六氟化硫分解气体检测装置采用光开关选通检测光源发出的不同波长的检测光束，即可由锁相电路模块利用长光程气室中各种不同的分解气体对相应波长的检测光束的吸收情况反演计算出不同分解气体的浓度值，同时，信号处理与控制模块可根据长光程气室中不同分解气体的浓度值控制光开关的切换频率。由此可见，在采用该六氟化硫分解气体检测装置对气体分解情况进行检测时，利用光开关基于时分复用原理实现对不同分解气体的浓度进行检测，大大缩短了检测时间，同时提高了检测效果及检测灵敏度。