一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，属于糠醛含量检测装置。红外光源与球面反射镜固定连接，斩光器放置于红外光源的正前方，光声腔安装在斩光器的正前方，注油阀固定在光声腔的正上方靠近出射窗的位置，微音器安装在光声腔的正下方的中心位置，激光功率计位于光声腔的正前方，且激光功率计的光学感受器中心位置与光声腔的出射窗的中心位置对准，微音器和激光功率计的信号输出端子与锁相放大器相连接，锁相放大器的输出端子与信号采集处理模块相连接。优点是结构新颖，能方便地实现变压器油中溶解糠醛含量的快速、灵敏检测，体积小巧，操作方便。
【专利说明】一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电力工程【技术领域】的变压器油中溶解的糠醛含量检测装置，具体涉及一种基于光声光谱原理的糠醛含量检测装置。
【背景技术】
[0002]电力系统用绝缘纸普遍应用于变压器的油纸绝缘系统中，以绝缘油和纸板作为主要的结构型式作为变压器的主绝缘，采取薄纸筒小油隙结构。这种结构把油隙分割得很细、电场很均匀，油填充了纸中薄弱点的空气隙，纸在油中起屏蔽作用，故总体耐电强度很高，间隙的击穿强度可大大提高。
[0003]糠醛，学名呋喃甲醛，分子式为C5H4O2,是呋喃环系最重要的衍生物，有杏仁样气味。电力变压器的绝缘纸属于纤维素绝缘材料，它是由90%的α-纤维素，10%的半纤维素及极少址的木素等构成。纸绝缘在热作用下会发生裂解反应，温度升高时反应加速，水解和氧化的作用还会使绝缘材料剧烈分解。变压器油中的呋喃甲醛是变压器绝缘纸的纤维素受高温、水分、氧气等作用后裂解的产物，而非变压器油裂解生成的。变压器是电力系统最重要的电力设备之一，它的安全稳定运行与其绝缘系统有直接关系，绝缘纸则是变压器绝缘系统中重要的构成部分，因此绝缘纸的老化程度是评估电力变压器性能的重要指标。
[0004]合格的新变压器油、变压器内部非纤维素绝缘材料的老化都不会产生呋喃甲醛，变压器油中的呋喃甲醛是唯有在纸绝缘老化才生成的产物，故检测变压器油中糠醛的含量，可以敏感反应变压器纸绝缘的老化情况。
[0005]目前糠醛的检测方法主要有液相色谱法、红外光谱法、气相色谱法。气相色谱法由于样品中大量烃类的严重干扰，使测定条件的选择十分困难，样品前处理难度很大。红外光谱法灵敏度较低，使其的应用存在一定的局限性。目前广泛使用的液相色谱法又存在价格昂贵，日常维护费用高，操作手续繁琐，要用各种填料柱，容量小，分析生物大分子和无机离子困难，流动相消耗大且有毒性的居多，检测耗时长等缺点。
【发明内容】
[0006]本实用新型提供一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，以解决目前糠醛的检测装置存在的灵敏度较低、样品前处理难度大、操作手续繁琐、检测耗时长的问题。
[0007]本实用新型采取的技术方案是:红外光源与球面反射镜固定连接，斩光器放置于红外光源的正前方，直流电机安装在斩光器的斩光盘的中心位置，光声腔安装在斩光器的正前方，且入射窗的中心位置与红外光源对准，注油阀固定在光声腔的正上方靠近出射窗的位置，微音器安装在光声腔的正下方的中心位置，激光功率计位于光声腔的正前方，且激光功率计的光学感受器中心位置与光声腔的出射窗的中心位置对准，所述激光功率计、光声腔、斩光器、球面反射镜分别通过支架与防震台固定连接，并使光路准直，微音器和激光功率计的信号输出端子与锁相放大器相连接，锁相放大器的输出端子与信号采集处理模块相连接，电源模块与信号采集处理显示模块、微音器、激光功率计、红外光源、斩光器的供电端子相连接。
[0008]本实用新型一种实施方式是，红外光源的材料为镍铬合金丝。
[0009]本实用新型一种实施方式是，球面反射镜有镀金层。
[0010]本实用新型一种实施方式是，所述光声腔为非谐振式光声腔，内部为圆柱形储油腔，在光声腔的出射窗一侧放置ZnSe玻璃片、入射窗一侧放置滤光片,光声腔的入射窗和出射窗分别通过密封圈一、密封圈二和4个紧固螺栓固定在光声腔的左右两端。
[0011]本实用新型一种实施方式是，光声腔的入射窗和出射窗米用与光声腔同质的不锈钢材料，并在入射窗和出射窗上分别有入射孔和出射孔。
[0012]本实用新型一种实施方式是，注油阀采用透明的钢化玻璃材料制成。
[0013]本实用新型一种实施方式是，滤光片采用中心波长为5860±30nm的干涉滤光片。
[0014]本实用新型一种实施方式是，微音器采用楼氏电子公司的WP-23501-053型号防水、防腐蚀传感器。
[0015]本实用新型一种实施方式是，激光功率计采用热电堆激光功率计探头。
[0016]本实用新型一种实施方式是，锁相放大器由AD630乘法器和低通滤波器构成，可以将激光功率计提供的参考信号相同频率声音信号的幅值提取出来。
[0017]本实用新型优点是结构新颖，通过利用糠醛分子吸收调制后的红外光会产生同频率振动声波信号的原理，在固定波长红外光照射下，利用光声腔和微音器直接从液体油样中提取声音信号，经过锁相放大器去噪放大后，采集到信号处理模块，并且通过显示器显示出来。从而方便地实现变压器油中溶解糠醛含量的快速、灵敏检测，体积小巧，操作方便，具有不消耗载气、色谱柱等耗材、检测灵敏度更高、检测快速、操作方便、便于清洗和维护、抗干扰性能更好、便于在线安装应用等一系列优点，且各方面的预期指标均远高于传统的基于气相色谱、红外光谱、液相色谱原理的糠醛含量测量装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的结构示意图；
[0019]图2是本实用新型的光声腔结构示意图；
[0020]图3是本实用新型光声腔的入射窗或出射窗的结构示意图；
[0021]图4是本实用新型的信号采集处理显示模块的电路原理框图。
【具体实施方式】
[0022]红外光源2与球面反射镜I固定连接，斩光器3放置于红外光源2的正前方，直流电机10安装在斩光器3的斩光盘的中心位置,光声腔5安装在斩光器3的正前方,且入射窗6的中心位置与红外光源2对准,注油阀4固定在光声腔5的正上方靠近出射窗7的位置，微音器11安装在光声腔5的正下方的中心位置,激光功率计9位于光声腔5的正前方，且激光功率计9的光学感受器中心位置与光声腔5的出射窗7的中心位置对准，所述激光功率计9、光声腔5、斩光器3、球面反射镜I通过支架16与防震台15固定连接，并使光路准直，微音器11和激光功率计9的信号输出端子与锁相放大器12相连接，锁相放大器12的输出端子与信号采集处理模块13相连接，电源模块14与信号采集处理显示模块13、微音器11、激光功率计9、红外光源2、斩光器3的供电端子相连接。
[0023]本实施例中，红外光源2的材料为镍铬合金丝，通电加热到最高允许温度100-200摄氏度，可以发射出波长范围较宽的中远红外光。
[0024]本实施例中，球面反射镜I经过抛光处理，并镀金，确保红外光的反射和聚焦效率。
[0025]本实施例中，斩光器3由风扇型轮叶盘与直流电机10构成，直流电机10通电后按照固定转速转动，带动风扇型轮叶盘按照一定频率旋转，从而将连续的红外光斩断为断续的红外光波。
[0026]本实施例中，采用的光声腔5为非谐振式光声腔，由尺寸为100mm*60mm*60mm的长方体不锈钢块加工成型，在不锈钢块轴心挖出一个Φ 20mm，长度为96mm的储油腔17，并且进行抛光和镀金处理，在光声腔5左侧15mm处,钻一个Φ 5mm的圆孔,并且车出螺纹,便于安装注油阀4，在光声腔5的底部中心位置钻一个Φ6.5mm的圆孔，并且车出螺纹，便于安装微音器11，光声腔5的左右两端各挖出一个Φ30ι?πι,深度2mm的凹孔,便于放置滤光片21和ZnSe玻璃片23。光声腔5的入射窗6和出射窗7通过密封圈19、20和4个紧固螺栓18固定在光声腔5的左右两端。
[0027]本实施例中，光声腔5的入射窗6和出射窗7米用光声腔5的同质不锈钢材料,钻出Φ 1mm的入射孔22和出射孔22’。
[0028]本实施例中，注油阀4采用透明的钢化玻璃材料制成，在完成油样注入的功能同时，可以根据液面位置作为油样注满的指示器。
[0029]本实施例中，滤光片21采用中心波长为5860±30nm的干涉滤光片，尺寸为Φ 30mm,厚度 2mm。
[0030]本实施例中，ZnSe玻璃片的尺寸为Φ 30mm，厚度2mm，选用该材料玻璃片作为出射窗材料，可以最大限度的减少红外光的功率损耗，降低误差。
[0031]本实施例中，微音器11采用楼氏电子公司生产的WP-23501-053型号防水、防腐蚀传感器，尺寸为4.0Omm x 5.59mm x 2.28mm,根据该传感器的尺寸加工一个外径为Φ6.5mm的不锈钢外护套，顶端开一个Φ1_的小孔，通过环氧树脂将该传感器与不锈钢外护套浇注成一体，共同构成微音器11，从而方便微音器11与光声腔5之间的连接。
[0032]本实施例中，激光功率计9采用高灵敏度热电堆激光功率计探头，探头口径Φ9.5mm。
[0033]本实施例中，锁相放大器12采用AD630乘法器和低通滤波器构成锁相放大电路，可以将激光功率计9提供的参考信号相同频率声音信号的幅值提取出来。
[0034]本实施例中，信号采集处理模块13由A/D转换器25、DSP芯片26、存储器24、液晶显示器27、USB接口芯片28、数据传输线路29共同构成。经过锁相放大器12调制后的信号，首先经A/D转换器25转换为数字信号，并通过数据传输线路29输入到DSP芯片26，经DSP芯片26采集和处理后的数据存储在存储器24中。与此同时，液晶显示器27对处理后的数据进行显示，便于实时可视化操作和显示数据。此外，USB接口芯片28可以提供给计算机传输数据的USB接口。
[0035]本实施例中，电源模块14由变压器、整流电路等电力电子器件构成，用于将AC220V的交流电，变换为微音器11、锁相放大器12、斩光器3、红外光源2可以正常工作的电压。
[0036]本实施例中，防震台15采用铸铁材料，确保平台的水平度和震动隔离功能，降低震动对光学系统的影响。
[0037]工作原理:红外光源位于光声腔入射窗的外侧,经过球面镜反射聚焦后入射到光声腔的窗口，入射之前需要通过斩光器将连续的红外光变成按照一定频率断断续续的方波信号。光声腔的入射窗安装了滤光片，将红外光的波长进行过滤。检测之前，首先将变压器油样8注入到光声腔的储油腔17内，并确保注满，当变压器油中溶解的糠醛分子吸收到经斩光器调制后的红外光照射后，将产生同频率振动的声音信号，声波信号的强度与糠醛分子的含量成比例，可以通过微音器收集该声音信号，经锁相放大器提取放大后，输入到信号采集处理模块，通过信号处理模块的显示器即可显示出变压器油中溶解的糠醛含量的浓度，根据该浓度，可以对变压器油纸绝缘的老化情况进行诊断。
[0038]从实施例可见本实用新型的技术效果和特点如下:
[0039]1.采用了液体中光声光谱检测的原理，可以直接检测液体油样中的糠醛浓度，可以提高测量的精度和速度；
[0040]2.采用镍铬合金丝作为红外光源，成本低，且可以发射出中远红外光波长；
[0041]3.采用了球面镀金的球面反射镜，加强红外光的强度；
[0042]4.采用了非谐振式光声腔，体积小巧，灵敏度高；长方体不锈钢材料轴心挖通圆柱腔体的结构，并对腔体内壁进行了抛光和镀金；
[0043]5.注油阀采用钢化玻璃材料，同时具备注油和液面指示的功能；
[0044]6.光声腔的入射窗米用中心波长为5860±30nm的干涉滤光片；
[0045]7.光声腔的出射窗采用ZnSe材料的玻璃片；
[0046]8.微音器采用楼氏电子公司生产的WP-23501-053型号防水、防腐蚀传感器，并且配套浇注安装外护套；
[0047]9.锁相放大器采用AD630芯片和低通滤波器共同构成；
[0048]10.采用防震台降低震动对整个光学系统的影响；
[0049]11.该装置具有不消耗载气、色谱柱等耗材、检测灵敏度更高、检测快速、操作方便、便于清洗和维护等特点。
【权利要求】
1.一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:红外光源与球面反射镜固定连接，斩光器放置于红外光源的正前方，直流电机安装在斩光器的斩光盘的中心位置，光声腔安装在斩光器的正前方，且入射窗的中心位置与红外光源对准，注油阀固定在光声腔的正上方靠近出射窗的位置，微音器安装在光声腔的正下方的中心位置，激光功率计位于光声腔的正前方，且激光功率计的光学感受器中心位置与光声腔的出射窗的中心位置对准，所述激光功率计、光声腔、斩光器、球面反射镜分别通过支架与防震台固定连接，并使光路准直，微音器和激光功率计的信号输出端子与锁相放大器相连接，锁相放大器的输出端子与信号采集处理模块相连接，电源模块与信号采集处理显示模块、微音器、激光功率计、红外光源、斩光器的供电端子相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:所述红外光源的材料为镍铬合金丝。
3.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:所述球面反射镜有镀金层。
4.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:所述光声腔为非谐振式光声腔，内部为圆柱形储油腔，在光声腔的出射窗一侧放置ZnSe玻璃片、入射窗一侧放置滤光片，光声腔的入射窗和出射窗分别通过密封圈一、密封圈二和4个紧固螺栓固定在光声腔的左右两端。
5.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:所述光声腔的入射窗和出射窗米用与光声腔同质的不锈钢材料，并在入射窗和出射窗上分别有入射孔和出射孔。
6.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:所述注油阀采用透明的钢化玻璃材料制成。
7.根据权利要求4所述的一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:所述滤光片采用中心波长为5860±30nm的干涉滤光片。
8.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:所述微音器采用楼氏电子公司的WP-23501-053型号防水、防腐蚀传感器。
9.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:所述激光功率计采用热电堆激光功率计探头。
10.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱原理的变压器油中糠醛含量检测装置，其特征在于:所述锁相放大器由AD630乘法器和低通滤波器构成。
【文档编号】G01N21/01GK204241369SQ201420618446
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】贺紹鹏, 林海丹, 司昌健 申请人:吉林省电力科学研究院有限公司, 国网吉林省电力有限公司电力科学研究院, 国家电网公司