一种基于超声波检测的六氟化硫气体浓度检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及六氟化硫浓度检测技术领域，尤其涉及一种基于超声波检测的六氟化 硫气体浓度检测系统及方法。
【背景技术】
[0002] SF6气体以其优异的绝缘和灭弧特性，在电力系统中获得了广泛的应用。但在电力 设备运行过程中SF 6气体泄漏会对人体造成伤害，因此准确检测SF6气体浓度是电力设备安 全可靠运行的保障。
[0003] 世界范围内对六氟化硫的检测有气相色谱法、导热系数法、电子漂移法、光干涉 法、高压放电法、红外线吸收法、电化学法、热导法，超声法等。但气相色谱法、导热系数法、 电子漂移法、光干涉法不仅需要昂贵的仪器设备，而且要求操作者具有相当高的操作水平， 阻碍了其在GIS室内六氟化硫泄漏检测领域的推广。而高压放电法、红外线吸收法、电化学 法热导法等虽然能够构成系统进行检测，但不同程度存在寿命短、稳定性差、有二次污染或 检测精度低或无核心技术的知识产权等不足。超声法是利用超声在不同介质中具有不同传 播速度的特性来检测六氟化硫的含量，精度高，稳定性好，并且不存在二次污染。而且容易 实现系统的在线实时测量，适合在工业现场环境中使用。
[0004] 目前，现有的超声法六氟化硫气体浓度监测系统及检测方法存在如下不足：
[0005] 首先，在实际生产制作过程中所需的参数的计算、确认条件在工程上无法提供相 应的参数，如理论中参数计算需提供两个不同温度环境，转化实际产品时这种环境无法稳 定提供。
[0006] 其次，现有方法忽略了生产产品当中的人为误差存在，比如：传感器安装存在差 异，若用此方法一次性固化参数这种人为差异无法去除，若单个产品单独测试固化参数，第 一测试环境无法提供，第二大大增加产品生产时间；而这种误差会直接导致最终结果的偏 差巨大。
[0007] 再次，现有设备需提供两个超声波通道进行对比，一个检验通道，一个对比通道， 对比通道需要密封，设备繁琐且无法保证对比通道的可靠性。
[0008] 最后，因为实际生产中采用传感器不同，传感器自身误差也不同，现有方法无法去 除此误差，如传感器安装间距若达到一定长达，接收部分接收的能量很弱，弱到丢失检测最 初多个信号，在丢失这种信号的情况下此方法计算出的参数是错值。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供了一种基于超声波检测的六氟 化硫气体浓度检测系统及方法，该系统及方法消除产品转化中人为因素、硬件因素等导致 的测量误差，得到精准的六氟化硫气体浓度检测结果。
[0010] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0011] -种基于超声波检测的六氟化硫气体浓度检测系统，包括：SF6i控装置、电源转 换模块、若干SFjP O 2浓度检测模块以及风机控制模块；
[0012] 所述SF6I控装置通过通讯总线分别与SF 6和0 2浓度检测模块和风机控制模块连 接；电源转换模块通过电源总线分别与SF#P O2浓度检测模块和风机控制模块连接，所述 SF6监控装置上设有控制面板。
[0013] 所述SF6监控装置包括：微控制器以及与微控制器连接的语音模块、红外探测器、 报警模块以及通讯接口；所述红外探测器检测到人员经过时，启动语音模块进行语音提示。
[0014] 所述SF6监控装置的控制面板上分别设有显示屏、指示灯、操作按键、风机强制启 动按键以及语音输出装置；所述SF 6监控装置通过通讯接口分别与上位机和显示屏连接。
[0015] 所述SFjPO2浓度检测模块包括：单片机、超声波检测电路、氧气检测电路、湿度检 测电路、温度检测电路和通信模块；所述超声波检测电路、氧气检测电路、湿度检测电路、温 度检测电路和通信模块分别与单片机连接；所述通信模块通过通讯总线与SF 6监控装置连 接。
[0016] 所述超声波检测电路包括：超声波发出电路和超声波接收电路；在超声波发出电 路和超声波接收电路的超声波探头之间用带有进气孔的绝缘管连接；
[0017] 所述超声波发出电路和超声波接收电路分别与单片机连接；单片机发出固定频率 脉冲，由超声波发出电路转换成超声波，超声波经过检测介质被超声波接收电路检测到，并 转换成脉冲信号传给单片机。
[0018] 所述若干SFjP 0 2浓度检测模块之间通过级联的方式连接。
[0019] -种基于超声波检测的六氟化硫气体浓度检测方法，包括以下步骤：
[0020] (1)进行超声波误差计算实验，考虑超声波误差计算过程中丢失信号波的个数n， 计算实际超声波声程L及实际误差％参数；
[0021] (2)将上述两个参数进行固化；
[0022] (3)产生方波，开始计时，判断是否捕获到超声波接收装置的触发信号，如果是，停 止产生方波，读取计时值i，并保存到数组Timer [i];否则，重新开始计时；
[0023] (4)判断计时值i是否超过最大设定值，如果是，对数组Timer[i]的数据进行滤波 处理，并求取超声波经过检测介质的时间t。;否则，返回步骤（4)重新开始计时；
[0024] (5)判断是否需要进行定标补偿，如果是，计算补偿声程值L"，确定当前环境六氟 化硫气体浓度标定值，计算当前环境下六氟化硫气体浓度值；否则，直接根据固化参数计算 六氟化硫气体浓度值。
[0025] 所述步骤（1)的具体方法为：
[0026] 1)产生方波，开始计时；
[0027] 2)超声波接收装置接收到超声波信号时，结束计时，停止方波产生；
[0028] 3)读取计时时间tx以及当前环境温度T，计算当前温度下空气中声速C，并保存；
[0029] 4)测量声程L1，测量硬件电路误差U以及软件误差t
[0030] 5)根据声程、测量时间、声速及误差关系公式：
[0033] 确定丢失声波个数n，并保存此值；
[0034] 其中，L为测量声程，C为当前温度下声速，t为测量时间，％为总误差，t &为超声 波探头误差时间，Tsf6为超声波频率的周期时间；
[0035] 6)读取计时时间L以及当前环境温度T i，并保存；
[0036] 7)改变环境温度，重新读取计时时间t2以及当前环境温度T 2，并保存；
[0037] 8)根据声程、测量时间、声速及误差关系公式：
[0038]
[0039] 最终得到超声波实际声程L及实际误差％参数；
[0040] 其中，L为实际声程，C为当前温度下声速，t为测量时间，％为总误差，tn为丢失 超声波信号的时间。
[0041 ] 确定丢失声波个数η的具体方法为：
[0042] 根据公式：
[0045] 根据上述公式，结合0彡te3< T ，能够同时得到超声波探头误差时间te3和丢失 声波个数η。
[0046] 所述步骤（5)的具体方法为：
[0047] 假设当前环境下六氟化硫气体浓度为0,计算此时的声程补偿值L"，根据所述声 程补偿值L"计算当前环境下的六氟化硫气体浓度标定值；在标定值的基础上，根据步骤 (1)中求取的实际超声波声程L及实际误差％参数，确定当前环境下的六氟化硫气体浓度 值。
[0048] 本发明的有益效果是：
[0049] 本发明检测系统即可以检测六氟化硫气体的浓度，又可检测环境中氧气的含量； 通信有显示灯可直观显示通信链路完好性。双路电源级联设计，双路通信级联设计，方便装 置之间级联，节省线材用料。
[0050] 本发明检测方法避免了测量过程