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一種用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其包括：觀測盒，所述觀測盒為一密封容器，其上設有進光口、出光口以及用于向觀測盒通入氣體的進氣口；光源，所述光源用于產(chǎn)生光信號，并通過進光口進入觀測盒；反射鏡組，所述反射鏡組安裝于觀測盒內(nèi)，用于將從進光口進入觀測盒的光信號通過出光口輸出；光探測器，所述光探測器用于接收從出光口輸出的光信號，并將該從出光口輸出的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；信號處理器，用于接收所述電信號，并將該電信號與參考電信號進行比對，以測量所述氣體的種類和濃度。本發(fā)明配合中空纖維透膜氣體采集裝置，實現(xiàn)充油設備油中氣體的遠程在線監(jiān)控，最大限度保障設備運行的安全。
【專利說明】一種用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，特別是涉及一種用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]正常情況下，充油設備的絕緣油和有機絕緣材料隨著運行時間的延長，在熱和電的作用下，會逐漸老化分解，使設備絕緣油中會產(chǎn)生多種氣體，包括氫氣、烴類、一氧化碳、二氧化碳、乙炔等。當設備內(nèi)部存在潛伏性故障過熱或放電故障時，就會加快氣體的產(chǎn)生速度。
[0003]在線狀態(tài)監(jiān)測是確保設備穩(wěn)定運行的重要手段，安裝在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的必要性已漸漸成為電力行業(yè)的共識。
[0004]目前，對充油設備故障的在線檢測主要是絕緣油的色譜分析。色譜分析是指用氣相色譜儀對溶解在設備絕緣油中的氣體進行組分和含量的檢測。通過分析溶解于絕緣油中的特征氣體能及早發(fā)現(xiàn)充油設備內(nèi)部可能存在的潛伏性故障，并可隨時監(jiān)視故障的發(fā)展狀況。但是對于色譜分析方法，很難實現(xiàn)遠程在線操控。這種分析方法需要經(jīng)過采氣、取氣、色譜分析三大步驟來實現(xiàn)，而這些步驟中有些需要人工到現(xiàn)場操作或者花費很大代價將其改造成遠程操控。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述問題，本發(fā)明專利提供一種用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，應用于充油設備油中氣體的遠程在線監(jiān)測分析，通過分析氣體的成分及濃度，判斷設備的安全性與穩(wěn)定性，保障電網(wǎng)的安全運行。
[0006]本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
[0007]—種用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其包括:
[0008]觀測盒，所述觀測盒為一密封容器，其上設有進光口、出光口以及用于向觀測盒通入氣體的進氣口；
[0009]光源，所述光源用于產(chǎn)生光信號，并通過進光口進入觀測盒；
[0010]反射鏡組，所述反射鏡組安裝于觀測盒內(nèi)，用于將從進光口進入觀測盒的光信號通過出光口輸出；
[0011]光探測器，所述光探測器用于接收從出光口輸出的光信號，并將該從出光口輸出的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；
[0012]信號處理器，用于接收所述電信號，并將該電信號與參考電信號進行比對，以測量所述氣體的種類和濃度。信號處理器內(nèi)涵鎖相放大器及Α/D轉(zhuǎn)換器。
[0013]將變壓器絕緣油中的氣體通過高分子透膜分離出來導入進氣口進入觀測盒裝置內(nèi)部，發(fā)射經(jīng)過穩(wěn)定固定波長的光源經(jīng)光纖傳輸通過光輸入耦合裝置進入觀測盒后，反射鏡片發(fā)射光線，將光線折射返回光輸出耦合裝置，傳輸?shù)焦馓綔y器。
[0014]所述進光口和出光口設置于觀測盒同一面上。
[0015]所述反射鏡組包括第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡用于將進光口進入觀測盒的光信號反射至第二反射鏡上，所述第二反射鏡用于將第一反射鏡反射的光信號傳送至出光口。
[0016]所述第一反射鏡和第二反射鏡之間的夾角或者第一反射鏡和第二反射鏡延長線之間的夾角為90°。
[0017]在所述進光口上安裝有光輸入耦合裝置，在所述出光口上安裝有光輸出耦合裝置，所述光源通過第一光纖與光輸入耦合裝置相連，所述光探測器通過第二光纖與光輸出耦合裝置相連。
[0018]所述光輸入耦合裝置和光輸出耦合裝置均為自聚焦透鏡。
[0019]所述光輸入I禹合裝置與第一光纖、以及光輸出I禹合裝置與第二光纖均融接在一起，可以減小損耗，改善稱合的穩(wěn)定性。
[0020]光探測器是光路和電路的銜接點，它完成光電轉(zhuǎn)換的功能。所述光探測器為波長在0.8-1.7 μ m范圍的InGaAs 二極管，在室溫條件下具有很高的靈敏度，還可以對該InGaAs二極管設置一些附加支持，如濾光片，前置放大器，光纖連接器等。
[0021]所述光源為分布反饋半導體激光器(DFBLD)，通過穩(wěn)頻措施，使DFBLD發(fā)射出一定波長的光傳到觀測盒。
[0022]所述觀測盒由厚度在3-5_的不透明絕緣材料制成，且密封效果好。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于:
[0024]1、成本低，安裝、使用方便；
[0025]2、采用絕緣材料制成的觀測盒，能更好的保證設備安全可靠性；
[0026]3、配合中空纖維透膜氣體采集裝置，實現(xiàn)充油設備油中氣體的遠程在線監(jiān)控，最大限度保障設備運行的安全。
[0027]4、抗干擾能力強，氣體分析靈敏度高，能有效的對特征氣體成分及濃度進行分析。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為用于充油設備中空纖維透膜氣體采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]其中:1、觀測盒；11、進氣口 ；2、光輸入耦合裝置；3、光輸出耦合裝置；4、反射鏡組；41、反射鏡；42、反射鏡；5、光源；6、光探測器；7、信號處理器；81、光纖；82、光纖；9、用于充油設備中空纖維透膜氣體采集裝置；91、中空纖維透膜細管；92、金屬外殼保護套；921、取油口 ；922、充油設備連接端；93、連接部件；931、上連接件；932、中間件；933、下連接件；934、出氣口 ；94、集氣室；95、集氣管；951、取氣口。

【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明的內(nèi)容做進一步詳細說明。
[0032]實施例
[0033]如圖1所示，一種用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其包括:觀測盒1、光源5、反射鏡組4、光探測器6、信號處理器7。其中:觀測盒I為一密封容器，其上設有進光口、出光口以及用于向觀測盒I通入氣體的進氣口 11。在進光口上安裝有光輸入耦合裝置2，在出光口上安裝有光輸出耦合裝置3，光源5通過光纖81與光輸入耦合裝置2相連，光探測器6通過光纖82與光輸出耦合裝置3相連。光輸入耦合裝置2和光輸出耦合裝置3均為自聚焦透鏡，光輸入耦合裝置2與光纖81、以及光輸出耦合裝置3與光纖82均融接在一起，這種方式可以減小損耗，改善耦合的穩(wěn)定性。光源5用于產(chǎn)生光信號，并通過進光口進入觀測盒1，光源為分布反饋半導體激光器，通過穩(wěn)頻措施，使DFBLD發(fā)射出一定波長的光傳到觀測盒。反射鏡組4安裝于觀測盒I內(nèi)，用于將從進光口進入觀測盒I的光信號通過出光口輸出。光探測器6是光路和電路的銜接點，它完成光電轉(zhuǎn)換的功能，其用于接收從出光口輸出的光信號，并將該從出光口輸出的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，光探測器為波長在0.8-1.7 μ m范圍的InGaAs 二極管，在室溫條件下具有很高的靈敏度，還可以對該InGaAs二極管設置一些附加支持，如濾光片，前置放大器，光纖連接器等，具體是將光纖連接器與光纖82連接在一起,然后在光纖連接器的輸出光路上增加濾光片進行濾光后，由InGaAs 二極管進行光信號和模擬電信號的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的模擬電信號再通過前置放大器放大后交給信號處理器7。信號處理器7內(nèi)涵鎖相放大器及Α/D轉(zhuǎn)換器，用于接收模擬電信號，并將該模擬電信號通過Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電信號與參考電信號進行比對，以測量氣體的種類和濃度，該參考電信號為光源5發(fā)出的光信號直接通過光探測器并經(jīng)Α/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換形成的初始電信號。這種測量方法為現(xiàn)有的單波長雙光路差分吸收技術(shù)(可參考《激光與紅外》第35卷增刊，2006年10月由王玉田、王聰?shù)劝l(fā)表的論文《氣體濃度在線檢測系統(tǒng)的設計》)，具體測量方法這里不再贅述。
[0034]將變壓器絕緣油中的氣體通過用于充油設備中空纖維透膜氣體采集裝置9導入進氣口 11進入觀測盒I內(nèi)部，發(fā)射穩(wěn)定固定波長光信號的光源5經(jīng)光纖81傳輸通過光輸入耦合裝置2進入觀測盒I后，反射鏡41和反射鏡42反射光信號，將光信號折返至光輸出耦合裝置3，再由光纖82傳輸?shù)焦馓綔y器6。
[0035]進光口和出光口設置于觀測盒同一面上。反射鏡組4包括反射鏡41和反射鏡42,反射鏡41用于將進光口進入觀測盒I的光信號反射至反射鏡42上，反射鏡42用于將反射鏡41反射的光信號傳送至出光口。反射鏡41和反射鏡42之間的夾角或者反射鏡41和反射鏡42延長線之間的夾角為90°。
[0036]如圖2所示的用于充油設備中空纖維透膜氣體采集裝置9，包括中空纖維透膜細管91、金屬外殼保護套92、連接部件93、集氣室94，其中集氣室94為由集氣管95形成的密封結(jié)構(gòu)。中空纖維透膜細管91為高分子材料制成，將一定數(shù)量的中空纖維透膜細管91按特定的結(jié)構(gòu)分布均勻，并將中空纖維透膜細管91兩端與連接部件93通過在特點的條件下將其組合在一起，使其具有良好的密封效果而又不影響中空纖維透膜細管91的導氣性。金屬外殼保護套92為圓柱體結(jié)構(gòu)，其中間部位設備預留取油口 921，底端與充油設備連接端922設置螺紋連接或者法蘭連接。連接部件93包括上連接件931、下連接件933以及設置于上連接件931和下連接件933之間的中間件932，其中，上連接件931、中間件932和下連接件933 一體成型，上連接件931和集氣管95螺紋連接，下連接件933與金屬外殼保護套92螺紋連接，中間件932為正六邊形方柱為緊固受力部位，上連接件931上設有出氣口 934，中空纖維透膜細管91與下連接件933的連接處設有開口，開口通過出氣口 934與集氣室94連通。集氣管95為耐高溫材料制成的塑料制品，其頂部有取氣口 951，并在取氣口 951上設置橡膠塞，當需要對設備進行取氣分析時，可用取氣針插入橡膠塞進入集齊室取氣，抽出時而不讓外界氣體進入。
[0037]雖然本發(fā)明是通過具體實施例進行說明的，本領域技術(shù)人員應當明白，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，還可以對本發(fā)明進行各種變換及等同替代。另外，針對特定情形或應用，可以對本發(fā)明做各種修改，而不脫離本發(fā)明的范圍。因此，本發(fā)明不局限于所公開的具體實施例，而應當包括落入本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)的全部實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，其包括: 觀測盒(I)，所述觀測盒(I)為一密封容器，其上設有進光口、出光口以及用于向觀測盒⑴通入氣體的進氣口(11)； 光源(5)，所述光源用于產(chǎn)生光信號，并通過進光口進入觀測盒(I)； 反射鏡組(4)，所述反射鏡組(4)安裝于觀測盒(I)內(nèi)，用于將從進光口進入觀測盒(I)的光信號通過出光口輸出； 光探測器￠)，所述光探測器(6)用于接收從出光口輸出的光信號，并將該從出光口輸出的光信號轉(zhuǎn)換成電信號； 信號處理器(7)，用于接收所述電信號，并將該電信號與參考電信號進行比對，以測量所述氣體的種類和濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，所述進光口和出光口設置于觀測盒同一面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，所述反射鏡組(4)包括第一反射鏡(41)和第二反射鏡(42)，所述第一反射鏡(41)用于將進光口進入觀測盒(I)的光信號反射至第二反射鏡(42)上，所述第二反射鏡(42)用于將第一反射鏡(41)反射的光信號傳送至出光口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，所述第一反射鏡(41)和第二反射鏡(42)之間的夾角或者第一反射鏡(41)和第二反射鏡(42)延長線之間的夾角為90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，在所述進光口上安裝有光輸入耦合裝置(2)，在所述出光口上安裝有光輸出耦合裝置(3)，所述光源(5)通過第一光纖(81)與光輸入耦合裝置(2)相連，所述光探測器(6)通過第二光纖(82)與光輸出I禹合裝置(3)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，所述光輸入耦合裝置(2)和光輸出耦合裝置(3)均為自聚焦透鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，所述光輸入I禹合裝置(2)與第一光纖(81)、以及光輸出f禹合裝置(3)與第二光纖(82)均融接在一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，所述光探測器(6)為波長在0.8-1.7μπι范圍的InGaAs 二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，所述光源(5)為分布反饋半導體激光器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于充油設備油中氣體在線監(jiān)測的光纖傳感裝置，其特征在于，所述觀測盒(I)由厚度在3-5mm的不透明絕緣材料制成。
【文檔編號】G01N21/31GK104132898SQ201410257582
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】呂剛, 田應富, 袁鵬, 孫勇, 鄧海輝 申請人:中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司貴陽局, 廣東冠能電力科技發(fā)展有限公司