一种基于激光测量水中不溶物含量测试仪的制作方法

本实用新型涉及一种测试仪，尤其涉及一种基于激光测量水中不溶物含量测试仪。

背景技术：

电力系统是国民经济的重要支撑，同时也是世界上最复杂的人工网络。保持电网稳定是一项重要的发展民生与经济的任务，同时也受很多因素的制约。绝缘子作为电网中连接线路主要载体，是支撑电网的重要支点，其重要性不言而喻。国内外经验表明，线路事故很多都是绝缘质量问题和运行年限的问题所导致线路闪络现象的根本原因，随着运行时间推移绝缘子的污秽度会增加，那么绝缘子的外绝缘电气性能变差，因此为有效地控制绝缘子能在线路上的正常工作、维持电网稳定运行必须严格对复合绝缘子的污秽度进行检测。多年的运行经验表明：虽然我国长期坚持对输变电设备用绝缘子进行一年一次清扫的防污闪措施，并且大量使用了大爬绝缘子、自洁性能优良的绝缘子和复合绝缘子以及rtv防污闪涂料等加强防污闪的措施，大面积污闪事故却依旧屡见不鲜。这些事实充分地说明以一年最大盐密为基础数据确定的污秽等级、按爬电比距方法配置的外绝缘已不能完全杜绝大面积污闪事故的发生。虽然国内外在这一领域已开展了大量的研究工作，尤其是我国还全面地开展了电力系统污区分布图的绘制工作，并制定了一系列与防污闪技术相关的电力行业标准，并得到了很好的贯彻执行，但自改革开放以来，我国经济发展快速，工农业污染十分严重，导致环境急剧恶化，使得大面积污闪事故并未完全杜绝，较大规模区域性的污闪事故仍频繁发生。地区污秽或地点污秽造成的污闪事故往往重合闸率低，跳闸率高，容易引发大面积、长时间的恶性停电事故。同时大规模污闪现象的频繁出现也表明，建立在一年一次清扫基础上的输变电设备外绝缘水平已无法满足现代化大电网安全、可靠运行的要求，不能杜绝大面积污闪事故的发生。

然而现有污秽测试手段比较单一，操作过程过于复杂，特别是灰密测试中的过滤、烘干、称量环节过于繁琐，极易引入人为误差，无法准确反映现场污秽度，因此需研究出一套适合一线测试人员使用操作简单测试精度高的设备。

近二十年来，激光检测技术迅速发展，激光本身具有高亮度、高方向性、高单色性以及高相干性，激光传感器测量速度快、精度高、抗干扰能力强，已被广泛应用于图像传感、信号处理、产品检测以及产品质量评估中。将激光检测技术应用到绝缘子污秽度测量中，有望解决长期以来污秽度测量的瓶颈问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术所存在的不足之处，本实用新型提供了一种基于激光测量水中不溶物含量测试仪。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于激光测量水中不溶物含量测试仪，包括主机箱、光电传感器、激光发生器；主机箱分为上盖、下箱体；上盖与下箱体活动相接；

下箱体的表面设置有控制面板；控制面板上设置有触控屏；控制面板上开设有圆孔，圆孔与其下方的圆柱型空腔相连通；圆孔内匹配设置有透明玻璃容器；透明玻璃容器的底部设置有传感器安装座；传感器安装座的外圆周上分布设置有激光发生器、光电传感器；传感器安装座的底部设置有搅拌器；搅拌器与透明玻璃容器的底部接触相接；

激光发生器为两个，光电传感器为三个，两个激光发生器分别与两个光电传感器相对设置，第三个光电传感器与激光发生器之间设置有35-55度的夹角；

下箱体内设置有控制盒、电池；电池通过电源开关与控制盒相连接；控制盒分别与打印机、光电传感器、搅拌器、触控屏、激光发生器相连接。

透明玻璃容器分为上部、下部，上部、下部均为圆柱体且上部的直径大于下部的直径。

传感器安装座为中部中空的圆柱体；透明玻璃容器的下部插置于传感器安装座的中部空腔内。

控制面板上设置有电源开关、usb插座、打印机；控制面板通过固定螺丝与下箱体固定相接。

下箱体的右侧面上设置有电极插座、左侧面上设置有电源插座；电源插座与电池相连接。

触控屏为七寸触控屏。

控制盒内设置有主控板；主控板的型号为c8051f021。

本实用新型不仅操作过程简单，避免了引入人为误差，可准确反映现场污秽度，而且实现了绝缘子污秽度的全自动测量，提高了测量精度，为输电线路防污闪工作提供准确的数据支持，具有广泛的适用性。

附图说明

图1为本实用新型的主视面结构示意图。

图2为图1的俯视面结构示意图。

图3为图1的立体结构示意图。

图4为下箱体的透视结构示意图。

图5为主控板的电路原理图。

图6为备用盐密开关的电路原理图。

图7为搅拌器的驱动电路原理图。

图8为控制盒的电量驱动电路原理图。

图9为光电传感器的采样电路原理图i。

图10为光电传感器的采样电路原理图ii。

图11为激光发生器的控制电路原理图。

图12为电源开关的电路原理图。

图13为控制盒的通信电路原理图。

图14为通信电路的通信接口原理图。

图15为触控屏的图形界面示意图。

图中：1、控制盒；2、电源插座；3、电源开关；4、打印机；5、透明玻璃容器；6、电极插座；7、光电传感器；8、搅拌器；9、上盖；10、下箱体；11、触控屏；12、激光发生器；13、控制面板；14、传感器安装座；15、usb插座；16、电池。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1～4所示的一种基于激光测量水中不溶物含量测试仪，包括主机箱、光电传感器7、激光发生器12；主机箱分为上盖9、下箱体10；上盖9与下箱体10活动相接；使用时，打开上盖9；不使用时，将上盖9盖置在下箱体10上方。

下箱体10的表面设置有控制面板13；控制面板13上设置有电源开关3、usb插座15、打印机4；可将测得的数据通过usb插座15导入至u盘内。打印机4用于打印数据。控制面板13通过固定螺丝与下箱体10固定相接。下箱体10的右侧面上设置有电极插座6、左侧面上设置有电源插座2；电源插座2与电池16相连接。电极插座6与测盐密的盐密电极相连接，盐密电极上设置有温度传感器，电极插座6测盐密时使用。

盐密电极盐密测试原理，即通过两电极间施加电压与电流测量悬浊液的伏安特性曲线，并折算出悬浊液的等效电导率，同时由温度传感器获得悬浊液实时温度。进一步根据盐密-电导率数学模型反演得到实际盐分含量，并根据绝缘子面积折算得到盐密值。

控制面板13上设置有触控屏11；触控屏11为七寸触控屏。如图15所示。触控屏11上设置有多个参数显示和多个功能按键，通过功能按键进行相应的测试。控制面板13上开设有圆孔，圆孔与其下方的圆柱型空腔相连通；圆孔内匹配设置有透明玻璃容器5；透明玻璃容器5的底部设置有传感器安装座14；透明玻璃容器5分为上部、下部，上部、下部均为圆柱体且上部的直径大于下部的直径。传感器安装座14为中部中空的圆柱体；透明玻璃容器5的下部插置于传感器安装座14的中部空腔内。采用透明玻璃容器5作悬浊液测试容器，透明玻璃容器5放置在传感器安装座14上，可取出来进行清洗。在悬浊液中对盐密、灰密进行同步直读式测量，其中盐密的测量采用内置盐密电极进行，灰密的测量采用激光透射法进行。悬浊液的制备、搅拌、测量及数据输出全程由主控板自动完成。

传感器安装座14的外圆周上分布设置有激光发生器12、光电传感器7；传感器安装座14的底部设置有搅拌器8；搅拌器8外设置有搅拌器8固定座。搅拌器8与透明玻璃容器5的底部接触相接；透明玻璃容器5内放置有搅拌子，搅拌器8为磁力搅拌器。

激光发生器12为两个，光电传感器7为三个，两个激光发生器分别与两个光电传感器相对设置，第三个光电传感器与激光发生器之间设置有35-55度的夹角；传感器是均匀布置在传感器安装座14周围，布置有两组激光发生器和三组光电传感器，其中两组激光发生器对应两组光电传感器接收透射光强，另外一组光电传感器与激光发生器夹角布置接收散射光强。

下箱体10内设置有控制盒1、电池16；控制盒1内设置有主控板；主控板的型号为c8051f021，如图5所示。电池16为可充电电池，一端与电源插座2相连接，另一端与电源开关3相连接。电池16通过电源开关3与控制盒1相连接；控制盒1分别与打印机4、光电传感器7、搅拌器8、触控屏11、激光发生器12相连接。

控制盒1内的主控板与触控屏11相连接，启动电源开关3后，由电池16向控制盒1内的主控板供电，在触控屏11上进行设置，根据触控屏11上的按键操作，控制盒1内的主控板根据接收到的相应的指令，分别向打印机4或光电传感器7或搅拌器8或激光发生器12发出命令，从而实现全自动测量。具体的电路原理图参见图6-图14。与现有技术相比，本申请使测试区域与搅拌区域予以分开，使激光透射散射测试更加精确，能够满足灰密测试常规测试范围。

本申请灰密测量采用激光透射法和散射法灰密测量法，具体工作原理为首先针对标准污秽物质开展激光衰减特性试验，获得激光透射光强与灰分含量的关系，建立对应的数学模型，并编程写入主控板cpu中。根据标准物质的透射光强-灰分含量数学模型推导实际混合污秽的数学模型。用激光发生组件、透射激光接收模块测量实际污秽悬浊液的透射光强，根据所得激光透射光强和散射光强，由cpu根据盐密-电导率数学模型及激光衰减特性数学模型反演得到实际盐分含量及灰分含量，并根据绝缘子表面积计算出盐密与灰密实测值。

本实用新型的操作过程为：

1、预处理：用300ml的水清洗已知表面积的绝缘子，将清洗水倒入透明玻璃容器5内；或者使用无纺布擦拭已知表面积的绝缘子表面，在烧杯内清洗无纺布，将得到的沉积水倒入透明玻璃容器5内。

2、盐密测量：将电极插座6与盐密电极相连接，将盐密电极放入透明玻璃容器5内，由盐密电极测量悬浊液伏安特性曲线，由温度传感器获得悬浊液温度，根据绝缘子表面积计算出盐密实测值。

3、灰密测量：透明玻璃容器5内加水至600ml，点击触控屏11上灰密测量按钮，搅拌器8启动，搅拌子开始搅拌，根据预先设定的水量和含量物质量后通过搅拌器8进行搅拌，形成稳定均一的待测悬浊液；搅拌停止后开始激光测量灰密：采用激光透射法和散射进行灰密测量，由内置的激光透射装置、激光接收装置即激光发生器12、光电传感器7获得透射光强信号；根据所得激光透射光强和散射光强，得到灰分含量，并根据绝缘子表面积计算出灰密实测值。

4、数据整理及输出：通过步骤2、3完成数据整理及输出，并将数据显示到触控屏11中，完成盐密、灰密的直读式同步测量。

本设计采用直读式测量，盐密、灰密同步测量，即盐密、灰密的测量在悬浊液中一次完成，无需过滤、烘干，并由主控板进行数据显示及报表输出，完成数据直读。

本实用新型能够实现污秽度测试量的全自动测量，提高测量效率，减少实验室占地面积，提高测试精度，减少了人为误差，普及后能够及时准确的反映输电线路的现场污秽度，为污区分布图和防污闪工具提供了准确的数据支持，提高电网运行可靠性，减少污闪事故发生，降低运行损失，值得推广应用。

本申请涉及一种基于激光透射、散射和折射原理测量水中不溶物含量装置，可满足电网污秽等级划分和测量含量物质量的需要，同时解决了输电线路污秽度检测中测量精度低、步骤繁琐的问题，为及时校核现有外绝缘配置水平和为输变电设备的运行维护提供了依据。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。