变压器油中水含量的检测系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种变压器油中水含量的检测系统，包括：激光发生装置、快速扫描延迟装置、慢速扫描延迟装置、太赫兹发射装置、光束扫描装置及太赫兹接收装置。所述激光发生装置用于产生探测光和泵浦光；所述快速扫描延迟装置用于反射探测光；所述慢速扫描延迟装置用于反射泵浦光；所述太赫兹发射装置接收泵浦光且能够被泵浦光激发产生太赫兹波；所述光束扫描装置用于将太赫兹波反射至待测样品上并反射含有样品信息的太赫兹波；太赫兹接收装置用于同步接收含有样品信息的太赫兹波和探测光，并形成光电流。上述检测系统采用太赫兹波对变压器油中水含量进行检测，充分利用了太赫兹波对水分的高灵敏性，检测高效精确。
【专利说明】变压器油中水含量的检测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力设备辅助系统，尤其涉及一种变压器油中水含量的检测系统。
【背景技术】
[0002]随着电力行业结构的日趋扩大和电压设备等级的不断提高，变压器的维护越来越重要，而其中变压器油中分含量的检测已经成为变压器维护中很重要的一部分，油中含水量在变压器的安全运行中具有本质上的决定作用，油中过多的水含量将会加速绝缘材料的老化，并降低绝缘性能，进而导致设备运行的不稳定性和潜在威胁，过多的水分可能导致短路甚至发生爆炸。
[0003]目前，变压器油中水分测量分为离线和在线检测方法。离线检测方法一般定期对变压器油采样，然后在试验室采用蒸馏法、重量法、离心分离法和卡尔.费休法等对样品进行检测分析。但是，蒸馏法费时费力，样品及试剂用量大，对环境污染比较严重，特别对微量水分的测定精度低；离心分离法适用于水分含量较大的样品，但水分含量较低的样品很难准确测定；重量法一般用于固态的石油产品，但实际测定得到的水分含量还包含了样品中其他易挥发的成分，结果不准确；卡尔.费休法副反应较多，检测时需要考虑很多因素，并且测量使用的化学试剂具有毒性，会对环境造成污染；介电常数法容易受环境温度变化影响而难以达到高精度的测量要求。在线检测方法是介电常数法，但这种方法的测量精度易受环境温度变化影响而难以达到测量要求。
【发明内容】
[0004]基于此，有必要针对上述变压器油含量检测系统存在的缺陷，提供一种高效环保的变压器油中水含量的检测系统。
[0005]一种变压器油中水含量的检测系统，包括:激光发生装置，用于产生探测光和泵浦光；快速扫描延迟装置，用于反射所述探测光；慢速扫描延迟装置，用于反射所述泵浦光；太赫兹发射装置，接收所述泵浦光且能够被所述泵浦光激发产生太赫兹波；光束扫描装置，用于将所述太赫兹波反射至待测样品上并反射含有样品信息的太赫兹波；太赫兹接收装置，用于同步接收含有样品信息的太赫兹波和所述探测光，并形成光电流。
[0006]在本实施例中，所述激光发生装置包括飞秒激光器和分光镜，所述飞秒激光器发射的激光通过分光镜后分为泵浦光和探测光。
[0007]在本实施例中，所述快速扫描延迟装置包括沿所述探测光传播方向依次设置的第一反射镜和第一平面镜。
[0008]在本实施例中，所述第一反射镜是由音圈电机平台控制的可沿所述探测光传播方向移动的平面反射镜。
[0009]在本实施例中，所述慢速扫描延迟装置包括沿所述泵浦光传播方向依次设置的第二平面镜、第三平面镜和第二反射镜。
[0010]在本实施例中，所述第二反射镜是由步进电机平台控制的可沿所述泵浦光传播方向移动的平面反射镜。
[0011]在本实施例中，所述太赫兹发射装置包括沿所述泵浦光传播方向依次设置的发射器和第一抛面镜，所述发射器是光电导发射器。
[0012]在本实施例中，所述光电导发射器的光导天线由低温生长的砷化镓材料制成，所述光导天线被所述泵浦光激发产生太赫兹波。
[0013]在本实施例中，所述光束扫描装置由X扫描振镜及Y扫描振镜组成。
[0014]在本实施例中，所述太赫兹接收装置包括沿所述探测光传播方向依次设置的探测器和第二抛面镜，所述包括样品信息的太赫兹波经第二抛面镜反射至所述探测器。
[0015]在本实施例中，所述探测器是光电导探测器，所述光电导探测器的光导天线由低温生长的砷化镓材料制成。
[0016]在本实施例中，所述样品信息包括二维成像信息及光谱信息。
[0017]在本实施例中，还包括与所述探测器电性连接的信号处理装置，用于将包括样品信息的电信号进行放大、滤波及采集。
[0018]在本实施例中，还包括计算机，所述计算机与所述信号处理装置电性连接，用于将信号处理装置采集的信号进行处理并生成图像。
[0019]在本实施例中，还包括精密运动控制装置，所述精密运动控制装置一端电性连接于所述计算机，另一端分别与所述第一反射镜、第二反射镜、X扫描振镜及Y扫描振镜电性连接，用于控制所述第一反射镜、第二反射镜、X扫描振镜及Y扫描振镜的运动。
[0020]上述变压器油中水含量的检测系统采用太赫兹波对变压器油中水含量进行检测，充分利用了太赫兹波对水分的高灵敏性，检测高效精确；且由于在检测中不需要配制化学试剂，无任何化学反应，对环境无污染，检测过程绿色环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明实施例提供的变压器油中水含量的检测系统的示意图。
[0022]图2为本发明实施例提供的太赫兹波与变压器油水混合物相互作用的模型。
【具体实施方式】
[0023]请参阅图1，图1为本发明实施例提供的变压器油中水含量的检测系统的示意图。
[0024]变压器油中水含量的检测系统100包括激光发生装置110、快速扫描延迟装置120、慢速扫描延迟装置130、太赫兹发射装置140、光束扫描装置150及太赫兹接收装置160。
[0025]激光发生装置110包括飞秒激光器111和分光镜112。飞秒激光器111产生飞秒脉冲激光，飞秒脉冲激光经分光镜112后分为两束，即泵浦光和探测光。
[0026]快速扫描延迟装置120包括第一反射镜121和第一平面镜122。探测光经第一反射镜121反射进入第一平面镜122。第一反射镜121是由音圈电机平台控制的可沿探测光传播方向移动的平面反射镜。可以理解，在音圈电机平台的驱动下，第一反射镜121可沿探测光的传播方向移动，从而改变了探测光的相对延迟时间。
[0027]慢速扫描延迟装置130第二平面镜131、第三平面镜132和第二反射镜133。泵浦光依次经第二平面镜131及第三平面镜132的反射到达第二反射镜133。第二反射镜133由步进电机平台控制的可沿泵浦光传播方向移动的平面反射镜。可以理解，在步进电机平台的驱动下，第二反射镜133可沿泵浦光的传播方向移动，从而改变了泵浦光的相对延迟时间。
[0028]太赫兹发射装置140包括沿泵浦光传播方向依次设置的发射器141和第一抛面镜142。发射器141为光电导发射器，发射器141的光导天线(图中未示)由低温生长的砷化镓材料制成，经发射器141的泵浦光激发光导天线产生脉冲太赫兹波，第一抛面镜142反射该脉冲太赫兹波。
[0029]光束扫描装置150由X扫描振镜151及Y扫描振镜152组成。经第一抛面镜142反射的脉冲太赫兹波进入X扫描振镜151,并由X扫描振镜151反射入射Y扫描振镜152,再经Y扫描振镜152反射至样品池A。样品池A将该脉冲太赫兹波反射，此时的脉冲太赫兹波包含有二维成像信息及光谱信息等样品信息。包含有样品信息的脉冲太赫兹波依次经Y扫描振镜152、X扫描振镜151反射。可以理解,随着X扫描振镜151及Y扫描振镜152的转动，脉冲太赫兹波入射至样品池A的位置也会相应改变。
[0030]太赫兹接收装置160包括沿探测光传播方向依次设置的探测器161和第二抛面镜162。探测器161是光电导探测器，探测器161的光导天线(图中未示)由低温生长的砷化镓材料制成。经X扫描振镜151反射的包含有样品信息的脉冲太赫兹波入射第二抛面镜162，并经第二抛面镜162反射入探测器161的光导天线上。
[0031]可以理解，包含有样品信息的脉冲太赫兹波照射在探测器161的光导天线上，从而形成了加在探测器161的光导天线介质上的太赫兹偏置电场；而经快速延迟扫描装置120的第一平面镜122反射的探测光与包含有样品信息的脉冲太赫兹波同步到达探测器161的光导天线上，且在光导天线介质中产生自由载离子。这样在太赫兹偏置电场的驱动下，自由载离子产生定向移动，从而形成光电流。该光电流正比于太赫兹瞬间电场，因而检测该光电流即可探测到太赫兹脉冲。即包含有样品信息的脉冲太赫兹波经探测器161后转变成包含有样品信息的电信号。
[0032]变压器油中水含量的检测系统100还包括信号处理装置170。信号处理装置170电性连接于探测器161，用于将包括样品信息的电信号进行放大、滤波及采集。
[0033]变压器油中水含量的检测系统100还包括计算机180，计算机180与信号处理装置170电性连接，用于将信号处理装置170采集的信号进行重采样、量化、伪色彩染色等数字化处理，最后生成二维图像。
[0034]变压器油中水含量的检测系统100还包括精密运动控制装置190，精密运动控制装置190的一端电性连接于计算机180，另一端分别与第一反射镜121、第二反射镜133、X扫描振镜151及Y扫描振镜152电性连接。精密运动控制装置190通过计算机180实现的操作实现对第一反射镜121、第二反射镜133、X扫描振镜151及Y扫描振镜152的运动控制。
[0035]以下对变压器油中水含量的检测系统100的原理作进一步说明。
[0036]可以理解，计算机180所记录的脉冲太赫兹波信号是随时间变化的太赫兹脉冲电场E (t)，对太赫兹脉冲时域波形进行傅里叶变换，可得该脉冲在频率域的分布E (ω )，表示为式⑴:
[0037]Ε(ω) ^Α(ω) exp [~i φ(ω)] = / E(t) exp- (iwt) dt (I)[0038]在实际的光谱测量中，首先获得通过参考样品的太赫兹脉冲波形(参考波形)，然后测量太赫兹脉冲经过样品池A之后的波形(样品波形)。分别对参考波形和样品波形进行傅里叶变换，获得参考光谱Er (ω)和信号光谱Es(co)，于是样品的光谱信息R(co)可以从信号光谱Ε3(ω)与参考光谱民(ω)的比较得到。由于太赫兹脉冲的测量包含了振幅和相位的信息，所以太赫兹时域光谱可以直接计算得样品的复折射率K ,从而得到样品的消光系数K和折射率η，如式(2)、(3)。由此，可以通过式⑷由复折射率得到样品的复介电常数ε。
【权利要求】
1.一种变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，包括: 激光发生装置，用于产生探测光和泵浦光； 快速扫描延迟装置，用于反射所述探测光； 慢速扫描延迟装置，用于反射所述泵浦光； 太赫兹发射装置，接收所述泵浦光且能够被所述泵浦光激发产生太赫兹波； 光束扫描装置，用于将所述太赫兹波反射至待测样品上并反射含有样品信息的太赫兹波； 太赫兹接收装置，用于同步接收含有样品信息的太赫兹波和所述探测光，并形成光电流。
2.根据权利要求1所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述激光发生装置包括飞秒激光器和分光镜，所述飞秒激光器发射的激光通过分光镜后分为泵浦光和探测光。
3.根据权利要求1所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述快速扫描延迟装置包括沿所述探测光传播方向依次设置的第一反射镜和第一平面镜。
4.根据权利要求3所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述第一反射镜是由音圈电机平台控制的可沿所述探测光传播方向移动的平面反射镜。
5.根据权利要求1所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述慢速扫描延迟装置包括沿所述泵浦光传播方向依次设置的第二平面镜、第三平面镜和第二反射镜。
6.根据权利要求5所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述第二反射镜是由步进电机平台控制的可沿所述泵浦光传播方向移动的平面反射镜。
7.根据权利要求1所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述太赫兹发射装置包括沿所述泵浦光传播方向依次设置的发射器和第一抛面镜，所述发射器是光电导发射器。
8.根据权利要求7所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述光电导发射器的光导天线由低温生长的砷化镓材料制成，所述光导天线被所述泵浦光激发产生太赫兹波。
9.根据权利要求1所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述光束扫描装置由X扫描振镜及Y扫描振镜组成。
10.根据权利要求1所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述太赫兹接收装置包括沿所述探测光传播方向依次设置的探测器和第二抛面镜，所述包括样品信息的太赫兹波经第二抛面镜反射至所述探测器。
11.根据权利要求10所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述探测器是光电导探测器，所述光电导探测器的光导天线由低温生长的砷化镓材料制成。
12.根据权利要求1所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，所述样品信息包括二维成像信息及光谱信息。
13.根据权利要求12所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，还包括与所述探测器电性连接的信号处理装置，用于将包括样品信息的电信号进行放大、滤波及采集。
14.根据权利要求13所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，还包括计算机，所述计算机与所述信号处理装置电性连接，用于将信号处理装置采集的信号进行处理并生成图像。
15.根据权利要求1或14所述的变压器油中水含量的检测系统，其特征在于，还包括精密运动控制装置，所述精密运动控制装置一端电性连接于所述计算机，另一端分别与所述第一反射镜、第二反射镜、X扫描振镜及Y扫描振镜电性连接，用于控制所述第一反射镜、第二反射镜、X扫描振镜及Y 扫描振镜的运动。
【文档编号】G01N21/3586GK103575693SQ201210273803
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年8月1日 优先权日:2012年8月1日
【发明者】刘文权, 冯广智, 鲁远甫, 张艳东, 杨珺, 姜永涛, 陈立群, 金雷 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院