光子型定位紫外探测器的制造方法
【专利摘要】一种光子型定位紫外探测器，包括成像模块，紫外光子采集结构和发送模块，成像模块寻找和/或定位被检测器件的外部放电部位，并获得至少含有外部放电部位的被检测器件的图像，同时紫外光子采集结构接收到外部放电部位产生的紫外光子，紫外光子采集结构将紫外光子信号转换成数字信号，图像和数字信号通过发送模块发送给后台处理系统。本发明由于采用了成像模块和紫外焦平面，通过非接触的方式对被检测器件的外部放电部位进行寻找和/或定位，并且同时对外部放电部位产生的紫外光子进行计数，具有造价低，易集成，高灵敏度，高可靠性和操作简单等优点。
【专利说明】光子型定位紫外探测器
【技术领域】
[0001]本发明涉及输变电设备外部的电晕放电检测应用【技术领域】，尤其涉及一种光子型定位紫外探测器。
【背景技术】
[0002]电力设备的绝缘介质在足够强的电场作用下，其外部的电晕范围内会发生放电，这种放电以仅造成导体间的绝缘电晕短接而不形成导电通道为限。每一次电晕放电对绝缘介质都会有一些影响，轻微的电晕放电对电力设备绝缘的影响较小，绝缘强度的下降较慢；而强烈的电晕放电，则会使绝缘强度很快下降。因此，电晕放电是引起输变电设备绝缘介质劣化的主要原因，监测电晕放电量可以评估输变电设备绝缘介质的工作状态。这种电晕放电也叫电晕放电，在电晕放电的过程中会产生紫外光子，其紫外光强(紫外光子数)和电晕放电量有直接联系。如何及早探测电晕放电量将是电网安全运行的一个重要课题。制定和执行科学严格的检测规程是保障电网安全运行的主要手段，但是目前主要是通过人工巡检，人工巡检往往不能及时准确的发现输变电设备电晕放电及故障缺陷。
[0003]目前检测电晕放电的主流为用紫外成像仪，但是这种检测技术只能对电晕放电进行定性的检测，其原理是通过对紫外光斑进行图像计算，得出放电光子数值的粗略值，故而不能真实的体现设备故障点的缺陷程度。而且不能对电力设备进行实时，准确的检测，保证安全运行。
【发明内容】
[0004]为了克服上述问题，本发明向社会提供一种可以准确得出电晕放电时产生的紫外光子数的光子型定位紫外探测器。
[0005]本发明的技术方案是:提供一种光子型定位紫外探测器，包括成像模块，紫外光子采集结构和发送模块，所述成像模块寻找和/或定位被检测器件的外部放电部位，并获得至少含有外部放电部位的被检测器件的图像，同时所述紫外光子采集结构接收到所述外部放电部位产生的紫外光子，所述紫外光子采集结构将紫外光子信号转换成数字信号，所述图像和所述数字信号通过所述发送模块发送给后台处理系统。
[0006]作为对本发明的改进，所述紫外光子采集结构依次包括光学系统、紫外滤光片和紫外焦平面，所述紫外焦平面与数字处理系统电性连接，所述紫外滤光片被设置成只允许紫外光子通过，所述紫外焦平面将接收到的紫外光子信号转换成模拟信号，所述数字处理系统将所述模拟信号转换成数字信号。
[0007]作为对本发明的改进，还包括与所述发送模块电性连接的存储模块，所述成像模块、所述紫外光子采集结构分别将所述图像、所述数字信号存储到所述存储模块中。
[0008]作为对本发明的改进，所述成像模块和所述紫外光子采集结构径向设置在空间中。
[0009]作为对本发明的改进，所述发送模块是无线网络通讯模块或串口通讯模块。[0010]作为对本发明的改进，所述成像模块是可见光CCD成像模块或可见光CMOS成像模块。
[0011]本发明由于采用了成像模块和紫外焦平面，通过非接触的方式对被检测器件的外部放电部位进行寻找和/或定位，并且同时对外部放电部位产生的紫外光子进行计数，从而准确地知道被检测器件故障点(放电部位)的缺陷程度，具有造价低，易集成，高灵敏度，高可靠性和操作简单等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明与安装座连接时的立体结构示意图。
[0013]图2是图1中光子型定位紫外探测器方框原理示意图。
其中:1.光学系统；2.紫外滤光片；3.紫外焦平面；4.数字处理系统；5.存储模块；
6.发送模块；7.成像模块；8.紫外光子采集结构；100.光子型定位紫外探测器；200.安装座。
【具体实施方式】
[0014]本发明所运用的光子型定位紫外探测方法，包括如下步骤:
a、对被检测器件的外部放电部位进行寻找和/或定位:
用成像模块寻找和/或定位被检测器件的外部放电部位，并获得至少含有外部放电部位的被检测器件的图像；
b、对被检测器件的外部放电部位产生的紫外光子进行采集:
在所述成像模块寻找和/或定位到被检测器件的外部放电部位的同时，紫外光子采集结构接收所述外部放电部位所产生的紫外光子，并将所述紫外光子信号转换成数字信号；
C、信号发送:
所述成像模块和所述紫外光子采集结构通过发送模块，分别将所述图像和所述数字信号发送给后台处理系统。然后后台处理系统通过软件运算和分析后，通过显示界面显示给用户，用户从显示界面就可以直观地得到外部放电部位产生紫外光子的数量，从而准确地知道被检测器件故障点的缺陷程度。
[0015]光子型定位紫外探测方法中，可以对被检测器件的一个位置的外部放电部位，同时探测紫外光子的数量和外部放电部位的位置。也可以对被检测器件的多个位置的外部放电部位，同时探测多个位置发出紫外光子的数量和外部放电部位的位置。
[0016]光子型定位紫外探测方法中，所述紫外光子采集结构包括依次设置的光学系统、紫外滤光片和紫外焦平面，所述紫外焦平面与数字处理系统电性连接，所述紫外滤光片被设置成只允许紫外光子通过，滤过可见光中的背景光，所述紫外焦平面将接收到的紫外光子信号转换成模拟信号，所述模拟信号通过所述数字处理系统后转换成数字信号。
[0017]光子型定位紫外探测方法中，还包括数据存储步骤，设置一个与所述发送模块电性连接的存储模块，所述成像模块、所述紫外光子采集结构分别将所述图像、所述数字信号存储到所述存储模块中。所述成像模块是可见光CCD成像模块或可见光CMOS成像模块。
[0018]在对被检测器件的外部放电部位进行检测时，所述成像模块获得被检测器件的图像(可见光图像)中，至少包括所述外部放电部位，所述图像中显示的视野大于或等于所述外部放电部位，并且所述成像模块的成像框对准所述外部放电部位。所述成像模块接收被所述成像框对准的所述外部放电部位所产生的紫外光子。这样操作的好处是，可以很准确得知道所述外部放电部位的位置和其所产生的紫外光子数，从而准确的知道被检测器件故障点(放电部位)的缺陷程度。
[0019]上述方法中，所述紫外焦平面在制备中采用背照射光电二极管阵列和硅读出电路，通过铟柱互连方式得到混成的紫外焦平面器件。所述紫外焦平面还可以用衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵相集成，所述衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵相集成技术，是在紫外焦平面阵列的同一芯片上进行衍射微透镜阵列的制作，将衍射透镜阵列制备在紫外焦平面阵列的背面，并采用双面对准技术，组合多层镀膜与剥离的微细加工工艺制备衍射微透镜阵列。所述双面对准技术包括双面同时曝光的光刻技术，或单面曝光、反面用红外对准的光刻技术，或单面曝光、反面用分离视场对准的光刻技术。
[0020]请参见图1和图2，图1和图2所揭示的是一种光子型定位紫外探测器使用图及其方框原理图，包括光子型定位紫外探测器100和安装座200，所述光子型定位紫外探测器100安装在所述安装座200上，所述光子型定位紫外探测器100可以在所述安装座200上转动或旋转，从而对被检测器件进行定期巡视。所述光子型定位紫外探测器100包括成像模块7、紫外光子采集结构8和发送模块5，所述成像模块7寻找和/或定位被检测器件的外部放电部位，并获得至少含有所述外部放电部位的被检测器件的图像(可见光图像)，同时所述紫外光子采集结构8接收到所述外部放电部位产生的紫外光子，所述紫外光子采集结构8将紫外光子信号转换成数字信号，所述图像和所述数字信号通过所述发送模块5发送给后台处理系统。
[0021]本实施例中，所述紫外光子采集结构8包括依次设置的光学系统1、紫外滤光片2和紫外焦平面3，所述紫外焦平面3与数字处理系统4电性连接，所述紫外滤光片2被设置成只允许紫外光子通过，滤过可见光中其他背景光。所述紫外焦平面3将接收到的紫外光子信号转换成模拟信号，所述模拟信号通过所述数字处理系统4后转换成数字信号。
[0022]本实施例中，所述光子型定位紫外探测器100还包括与所述发送模块6电性连接的存储模块5，所述成像模块7、所述紫外光子采集结构8分别将所述图像、所述数字信号存储到所述存储模块5中。所述发送模块6是无线网络通讯模块和/或串口通讯模块。所述成像模块7是可见光CCD成像模块或可见光CMOS成像模块，所述成像模块7还可以用紫外成像仪或紫外照相机代替。
[0023]本实施例中，所述成像模块7和所述紫外光子采集结构8径向设置在空间中，即所述成像模块7设置在所述紫外光子采集结构8的上方、下方、左方或右方。在对被检测器件的外部放电部位进行检测时,所述成像模块7的成像框和所述紫外光子采集结构8的成像框同时对准所述外部放电部位，并且将获得的所述图像和所述数字信号发送给后台处理系统进行处理，虽然这种方法存在一定的误差，但是后台处理系统通过对所述误差进行一定的修正之后，所述误差可以忽略不计，不影响所述外部放电部位的位置和其所产生的紫外光子数等相关信息，从而准确的知道被检测器件故障点(放电部位)的缺陷程度。
[0024]本实施例中，还可以包括光分束器，所述光分束器设置在所述成像模块7和所述紫外光子采集结构8的前方，所述光分束器将进入到所述光子型定位紫外探测器100中的光束分成两路相同的光束，一路光束被所述成像模块7接收，另一路光束被所述紫外光子采集结构8接收。这样设计的好处是，所述成像模块7和所述紫外光子采集结构8可以同时对被检测器件的外部放电部位进行检测，并且可以保证所述成像模块7和所述紫外光子采集结构8检测的是相同的点，更精确地所述外部放电部位的位置和其所产生的紫外光子数等相关信息，从而准确的知道被检测器件故障点(放电部位)的缺陷程度。
[0025]所述光分束器的作用是将输入的一束光分成两束或多束光(称之为子光束或子束)，这些子光束可以沿所需的方向输出。子光束可以是功率相等的光束，也可以是不同功率的光束，以满足不同应用的需要。
[0026]本实施例中，可以对被检测器件的一个位置的外部放电部位，同时探测紫外光子的数量和所述外部放电部位的位置。也可以对被检测器件的多个位置的外部放电部位，同时探测多个位置发出紫外光子的数量和所述外部放电部位的位置。
[0027]本实施例中，还可以包括全反射镜，所述全发射镜设置在所述光学系统I的中央位置，所述进入到所述光子型定位紫外探测器100中的一部分光束(紫外光子和/或太阳光)经所述全反射镜将反射到分光镜上，所述分光镜反射的光子被所述成像模块7接收，另一部分光束被所述紫外光子采集结构8接收。
[0028]本实施例中，所述紫外焦平面3的制备采用的是背照射光电二极管阵列和硅读出电路，通过铟柱互连方式得到混成的紫外焦平面器件的技术。由于氮化镓(GaN)系紫外焦平面都是生长在蓝宝石衬底上的，由于蓝宝石绝缘的性质，紫外焦平面阵列不可能像硅基探测器那样透过衬底收集信号，因此紫外焦平面阵列必须是探测器背面感应辐射，而正面和硅读出电路相连接。
[0029]所述紫外焦平面3还可以用衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵相集成，所述衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵相集成技术，是在紫外焦平面阵列的同一芯片上进行衍射微透镜阵列的制作，将衍射透镜阵列制备在紫外焦平面阵列的背面，并采用双面对准技术，组合多层镀膜与剥离的微细加工工艺制备衍射微透镜阵列。双面对准技术包括双面同时曝光的光刻技术，或单面曝光、反面用红外对准的光刻技术，或单面曝光、反面用分离视场对准的光刻技术。
[0030]所述衍射微透镜列阵与紫外焦平面列阵相集，可以改善所述紫外焦平面3的性能，所述紫外焦平面列阵与所述微透镜列阵集成可使小面积的探测器具有大光敏面探测器的灵敏度，所述紫外焦平面列阵是GaN/AlGaN(氮化镓铝)p_i_n型背照式32X32紫外焦平面列阵。所述紫外焦平面3可对光子逐个接收，继而统计过程中释放的紫外光子数值。所述光子型定位紫外探测器的灵敏度可达到10的18次方，故而可以准确、实时在早期检测到放电程度。
[0031]所述光子型定位紫外探测器100采用高性能紫外焦平面探测技术，同时融合了超低功耗技术，此技术的原理为可对耗电量极大的所述成像模块7做到休眠时关闭，使用时再打开，这种机制可大大降低所述光子型定位紫外探测器的功耗。所述光子型定位紫外探测器的体积很小，可实现便携式和在线监测两种工作方式，实现了远距离实时测量和定量测量主动预防的功能。
[0032]所述光子型定位紫外探测器100结合了基于溶质分子吸收紫外光的原理，创造了输变电设备电晕放电紫外检测的新领域。满足高压电晕特殊光谱、超高灵敏度光子计数、电晕定位等电网特高压设备紫外检测的要求，从技术上，光子型定位紫外探测器可以看作是一个专业的高灵敏度可定位电晕探测器。
[0033]所述光子型定位紫外探测器100对被检测器件进行定期巡视，当发现被检测器件的外部有发电现象，立刻对外部放电部位进行探测。首先，用所述成像模块7寻找和/或定位被检测器件的外部放电部位，并获得至少含有所述外部放电部位的被检测器件的图像(可见光图像)。其次，在所述成像模块7寻找和/或定位到被检测器件的所述外部放电部位的同时，所述紫外光子采集结构8只接收来自所述外部放电部位产生的紫外光子，所述紫外光子采集结构8将紫外光子信号转换成数字信号。最后，所述成像模块7和所述紫外光子采集结构8将所述图像和所述数字信号存储到所述存储模块5中，并通过所述发送模块6发送给后台处理系统。后台处理系统通过软件运算和分析后，通过显示界面显示给用户，用户从显示界面就可以直观地得到外部放电部位产生紫外光子的数量，从而准确地知道被检测器件故障点的缺陷程度。
[0034]本发明由于采用了所述成像模块7和所述紫外焦平面3，克服了传统硅紫外增强探测器、紫外光电倍增管、微通道板探测器、紫外CCD等类型传感器的缺点。同时满足高压电晕探测、超高灵敏度光子计数、电晕定位等电网特高压设备紫外检测的要求。所述光子型定位紫外探测器100造价低，易集成，有高灵敏度和高可靠性，操作简单，采用非接触的方式对被测器件的故障缺陷点的早期放电进行准确测量及准确定位，并且抗静电干扰和抗杂散干扰能力强。
【权利要求】
1.一种光子型定位紫外探测器，包括成像模块，其特征在于，还包括紫外光子采集结构和发送模块，所述成像模块寻找和/或定位被检测器件的外部放电部位，并获得至少含有外部放电部位的被检测器件的图像，同时所述紫外光子采集结构接收到所述外部放电部位产生的紫外光子，所述紫外光子采集结构将紫外光子信号转换成数字信号，所述图像和所述数字信号通过所述发送模块发送给后台处理系统。
2.根据权利要求1所述的光子型定位紫外探测器，其特征在于:所述紫外光子采集结构依次包括光学系统、紫外滤光片和紫外焦平面，所述紫外焦平面与数字处理系统电性连接，所述紫外滤光片被设置成只允许紫外光子通过，所述紫外焦平面将接收到的紫外光子信号转换成模拟信号，所述数字处理系统将所述模拟信号转换成数字信号。
3.根据权利要求1或2所述的光子型定位紫外探测器，其特征在于:还包括与所述发送模块电性连接的存储模块，所述成像模块、所述紫外光子采集结构分别将所述图像、所述数字信号存储到所述存储模块中。
4.根据权利要求1或2所述的光子型定位紫外探测器，其特征在于:所述成像模块和所述紫外光子采集结构径向设置在空间中。
5.根据权利要求1或2所述的光子型定位紫外探测器，其特征在于:所述发送模块是无线网络通讯模块或串口通讯模块。
6.根据权利要求1或2中的任何一项权利要求所述的光子型定位紫外探测器，其特征在于:所述成像模块是可见光CCD成像模块或可见光CMOS成像模块。
【文档编号】G01R31/12GK103675627SQ201310722679
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】伊仁图太, 蔡勚 申请人:深圳市同步银星电气有限公司