专利名称：六氟化硫智能环境监控系统及其六氟化硫气体激光探测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子监控系统及检测装置。
背景技术：
在电力系统中，六氟化硫(SF6)作为一种重要的灭火介质，被广泛应用于高压开关设备中，开关室是变电站各种设备最集中的地方，平时因为通风不良可能会缺氧或因设备中的SF6气体泄漏而污染室内环境，使进入房间的巡视、检修人员的健康甚至生命受到严重威胁，给电力安全运行带来隐患。因此，为了保证安全生产，我国《电业安全工作规程》特别规定，在相关场所必须安装SF6气体检测报警装置。目前，现有技术中用于检测SF6泄露的方法主要有1)放电法，通过检测二氧化硫的含量，间接判断SF6是否泄露，准确性不高，受环境影响大，经常误告警，使用寿命短。2)紫外线电离法，此方法检测精度较高，但使用寿命仅500小时，不稳定。3)声波检测法，检测灵敏度偏低，仅1000ppm量级，误告警多。4)半导体传感器检测，利用对SF6的吸附，通过改变导电性实现SF6泄露的检测，此方法虽然有较长的使用寿命，但检测精度较低，不稳定不可靠，受环境影响大，误告警多。5)红外成像技术检测，通过红外辐射作用于易泄露点，利用红外成像技术在显示器上观察泄露气体扰动，判断有无泄露产生；这种方法优点是可远距离非接触检测，但其价格昂贵，且无法实现定量检测。
发明内容本实用新型的目的是克服以上现有技术的不足，提供一种高效、灵敏、稳定性好的六氟化硫(SF6)智能环境监控系统及其六氟化硫气体激光探测器。
为实现上述目的，本实用新型提出一种六氟化硫智能环境监控系统，包括主机、氧气探测器、SF6气体探测器，所述氧气探测器、SF6气体探测器分别与与所述主机电性耦合；SF6气体探测器为SF6气体激光探测器，所述SF6气体激光探测器包括激光管、采样室、采样通道、光电传感器；所述激光管的光输出口与所述采样室光输入口密封相接，所述采样室光输出口与所述光电传感器密封相接，所述采样通道与所述采样室管路连接；所述激光管、采样通道与所述主机电性耦合。
上述的SF6智能环境监控系统，还包括信号采集处理器，所述氧气探测器、SF6气体探测器分别与所述信号采集处理器连接，所述信号采集处理器与所述主机连接。
上述的SF6智能环境监控系统，所述SF6气体激光探测器还包括信号处理单元，与所述光电传感器的信号输出端电连接。所述SF6气体激光探测器还包括通讯单元，与所述信号处理单元或主机电连接。所述采样通道包括进气管、电磁阀、抽气泵，所述进气管通过电磁阀与所述抽气泵进气口相接，所述抽气泵出气口与所述采样室进气口相接；所述电磁阀、抽气泵与所述主机电性耦合。
上述的SF6智能环境监控系统，还包括独立温湿度变送器，与所述主机或信号采集处理器连接；还包括多功能控制器，与所述主机或信号采集处理器连接，上述的SF6智能环境监控系统，所述主机包括MCU、存储单元、显示单元、输入单元，所述存储单元、显示单元、输入单元分别与所述MCU连接。还包括网络通讯单元，与所述MCU连接。
同时本实用新型提出了一种SF6气体激光探测器，包括激光管、采样室、采样通道、光电传感器，所述激光管的光线输出口与所述采样室光输入口密封相接，所述采样室光输出口与所述光电传感器密封相接，所述采样通道与所述采样室管路连接。
上述的SF6气体激光探测器，还包括信号处理单元，与所述光电传感器的信号输出端电连接。还包括通讯单元，与所述信号处理单元电连接。所述采样通道包括进气管、电磁阀、抽气泵，所述进气管通过电磁阀与所述抽气泵进气口相接，所述抽气泵出气口与所述采样室进气口相接。
由于采用了以上的方案，本系统利用激光光谱吸收技术，对SF6气体泄露检测，测量精度可高于百万分之一，检测分辨率达到1ppm量级，灵敏极高，而且工作重复性好，稳定可靠，使用寿命长，定量分析，操作简单，故障率小。
本实用新型的系统组网功能灵活，可通过挂接不同的变送器，检测不同的环境变量，配接不同的控制器，可以控制不同的设备。通过对SF6气体浓度、氧浓度、温湿度等的监测，通过自动调节工作环境的通风等，实现对环境的智能化实时监控，保证工作环境的安全，避免出现安全事故。
图1是本实用新型实施例的系统结构框图。
图2是本实用新型实施例的SF6气体激光探测器结构原理图。
图3是本实用新型实施例的氧气探测器结构原理图。
图4是本实用新型实施例的多功能控制器的结构原理图。
图5是本实用新型实施例的独立温湿度变送器结构原理图。
图6是本实用新型的系统结构简图。
具体实施方式下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。
请参考图6所示，本实用新型的SF6智能环境监控系统基本结构包括主机、分别与主机连接的温湿度变送器、氧气探测器、SF6气体激光探测器、风机控制器等，主机包括MCU、与MCU连接的LCD显示屏、键盘等。
实施例一请参考图1所示，本例的SF6智能环境监控系统包括主机、线路分配器、独立温湿度变送器、多功能控制器、信号采集处理器、温湿度变送器、氧气探测器、SF6气体激光探测器、风机控制器。
主机包括CPU、存储单元、LCD显示屏、键盘等。主机的主要功能是完成采集设备的数据采集、数据显示、数据存储、发送控制指令、报警指示、数据上传、软硬件复位等。主机配备键盘操作面板与LCD显示界面，具有灵活的人机交流功能。主机通过线路分配器与其他各功能电路连接，连接方式可以是现场总线方式或现场直接连接。主机还可以配备一有线或无线网络通讯单元，用于与上位机进行通讯，该无线方式可以是WI-FI通讯接口、GSM/GPRS通讯接口等，有线方式可以是专线、xDSL、电力线上网、电话线拨号、光纤等。由此，可以实现对各个变电站SF6智能环境监控系统的联网监控。
信号采集处理器与温湿度变送器、氧气探测器、SF6气体激光探测器、风机控制器等连接，并与主机通过线路分配器连接。信号采集处理器的主要功能是1、完成现场探测器/变送器送来的模拟信号的实时测量，并将数据处理后进行报警指示和传送到主机。这些模拟信号包括温度、湿度、氧气含量、SF6浓度以及其他交流电压、交流电流、直流电压、直流电流等。2、执行主机下达的控制命令，完成对风机、空调等设备的开关动作。
SF6气体激光探测器主要功能是采集现场空气样本，利用光谱吸收技术检测样本空气中SF6气体含量，含量超标时进行报警指示和传送到上位机。请参考图2所示，SF6气体激光探测器包括进气管、电磁阀、抽气泵、采样室、出气管、激光管、光电传感器、水泵、制冷水箱等，还可以增设信号处理单元、通讯单元等。进气管、电磁阀、抽气泵依次连接，组成用于抽取采样空气的采样通道，将采样空气输入到采样室，出气管与采样室连接，用于平衡空气压力。激光管选取使用能产生红外光源用波段1700cm-1、1620cm-1、900cm-1和610cm-1，光谱带宽约为2μm的红外光的C02激光管；激光管带水冷却头，与制冷水箱机械连接，采用水循环冷却，水温不超过32℃；采样室除进气口和出气口外其余位置均密封，激光管发出的激光照射到光电传感器，可用反射镜改变光路，激光在采样室中的光路长度避开激光管的焦点。
SF6气体激光探测器的工作原理由于SF6气体分子对一定光谱有较强的反应。这种反应的特征在于当一定数量的光通过含有SF6气体分子的样品池时，SF6气体分子将与其发生光化学反应过程。从而使通过样品池的光子数量发生变化，在此基础上，通过光电传感器检测通过样品池的光谱强度的变化，便可实现SF6气体的定量分析。因此，利用光谱这种原理，可达到SF6气体是否泄露检测的目的。
激光探测的实现机制首先启动水泵，让冷却水对激光管进行冷却；其次启动激光管，产生激光；再次通过多功能控制器的控制机制分时控制8路电磁阀动作，启动抽气泵抽取8个不同区域的采样气体到采样分析室进行采样分析。激光在采样室中经过一定的吸收反应后将剩余光束发射到光电传感器上，检测传感器上微小的电量变化，通过信号处理单元放大处理后，将电量信号输送到信号采集处理器进行相应算法处理后，得出准确的SF6浓度值。
请参考图3所示，氧气探测器包括、氧气传感器、输出单元，主要功能是信号处理单元将工作现场的氧气浓度参数转换为4～20mA电流，传送给信号处理采集器进行数字量化供给主机做处理和显示。也可以选择有数模转换功能的信号处理单元，直接将氧气浓度参数转换为数字信号提供给信号处理采集器。
请参考图4所示，多功能控制器包括MCU、通讯单元、控制输出单元，主要功能是可通过总线接受主机的指令，完成相应的控制，包括抽气泵、水泵、激光设备以及电磁阀开启关闭等控制。也可以扩展作为外部通用控制器使用。
请参考图5所示，独立温湿度变送器包括温度传感器、湿度传感器、信号处理单元、通讯单元，主要功能是信号处理单元将工作现场的温度与湿度转换为数字信号，通过通讯单元485总线传送给主机进行处理和显示。
实施例二本例中，与上例的不同之处在于，的光电传感器输出的电量信号直接输送到信号采集处理器进行处理，因此SF6气体激光探测器不需要具备单独的信号处理单元。
实施例三本例与实施例一的不同之处在于，采用具数模转换功能的信号处理单元，直接将采集的光电信号转换为数字信号，提供给信号采集处理器或直接提供给主机处理。另外，还增设一通讯单元，可以将SF6气体激光探测器与主机或信号采集处理器用总线方式或联网方式连接，以实现较远距离的现场安装、数据传输。该通讯单元可以是蓝牙模块、红外模块、IEEE802.15模块、IEEE802.11模块、无线RS-232模块、无线USB模块等。
权利要求1.一种六氟化硫智能环境监控系统，包括主机、氧气探测器、六氟化硫气体探测器，所述氧气探测器、六氟化硫气体探测器分别与所述主机电性耦合；其特征是所述六氟化硫气体探测器为六氟化硫气体激光探测器，所述六氟化硫气体激光探测器包括激光管、采样室、采样通道、光电传感器；所述激光管的光输出口与所述采样室光输入口密封相接，所述采样室光输出口与所述光电传感器密封相接，所述采样通道与所述采样室管路连接；所述激光管、采样通道与所述主机电性耦合。
2.如权利要求1所述的六氟化硫智能环境监控系统，其特征是所述六氟化硫气体激光探测器还包括信号处理单元，与所述光电传感器的信号输出端电连接。
3.如权利要求2所述的六氟化硫智能环境监控系统，其特征是所述六氟化硫气体激光探测器还包括通讯单元，与所述信号处理单元、主机分别电连接。
4.如权利要求1-3中任一项所述的六氟化硫智能环境监控系统，其特征是所述采样通道包括进气管、电磁阀、抽气泵，所述进气管通过电磁阀与所述抽气泵进气口相接，所述抽气泵出气口与所述采样室进气口相接；所述电磁阀、抽气泵与所述主机电性耦合。
5.如权利要求1-3中任一项所述的六氟化硫智能环境监控系统，其特征是所述主机包括MCU、存储单元、显示单元、输入单元，所述存储单元、显示单元、输入单元分别与所述MCU连接。
6.如权利要求5所述的六氟化硫智能环境监控系统，其特征是还包括网络通讯单元，与所述MCU连接。
7.一种六氟化硫气体激光探测器，其特征是包括激光管、采样室、采样通道、光电传感器，所述激光管的光线输出口与所述采样室光输入口密封相接，所述采样室光输出口与所述光电传感器密封相接，所述采样通道与所述采样室管路连接。
8.如权利要求7所述的六氟化硫气体激光探测器，其特征是还包括信号处理单元，与所述光电传感器的信号输出端电连接。
9.如权利要求7或8所述的六氟化硫气体激光探测器，其特征是还包括通讯单元，与所述信号处理单元电连接。
10.如权利要求7或8所述的六氟化硫气体激光探测器，其特征是所述采样通道包括进气管、电磁阀、抽气泵，所述进气管通过电磁阀与所述抽气泵进气口相接，所述抽气泵出气口与所述采样室进气口相接。
专利摘要本实用新型公开一种SF
文档编号G01N35/00GK2932374SQ20062003442
公开日2007年8月8日 申请日期2006年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者李长江 申请人:深圳市爱科赛科技有限公司