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一种用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其包括：观测盒，所述观测盒为一密封容器，其上设有进光口、出光口以及用于向观测盒通入气体的进气口；光源，所述光源用于产生光信号，并通过进光口进入观测盒；反射镜组，所述反射镜组安装于观测盒内，用于将从进光口进入观测盒的光信号通过出光口输出；光探测器，所述光探测器用于接收从出光口输出的光信号，并将该从出光口输出的光信号转换成电信号；信号处理器，用于接收所述电信号，并将该电信号与参考电信号进行比对，以测量所述气体的种类和浓度。本发明配合中空纤维透膜气体采集装置，实现充油设备油中气体的远程在线监控，最大限度保障设备运行的安全。
【专利说明】一种用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，特别是涉及一种用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置。

【背景技术】
[0002]正常情况下，充油设备的绝缘油和有机绝缘材料随着运行时间的延长，在热和电的作用下，会逐渐老化分解，使设备绝缘油中会产生多种气体，包括氢气、烃类、一氧化碳、二氧化碳、乙炔等。当设备内部存在潜伏性故障过热或放电故障时，就会加快气体的产生速度。
[0003]在线状态监测是确保设备稳定运行的重要手段，安装在线状态监测系统的必要性已渐渐成为电力行业的共识。
[0004]目前，对充油设备故障的在线检测主要是绝缘油的色谱分析。色谱分析是指用气相色谱仪对溶解在设备绝缘油中的气体进行组分和含量的检测。通过分析溶解于绝缘油中的特征气体能及早发现充油设备内部可能存在的潜伏性故障，并可随时监视故障的发展状况。但是对于色谱分析方法，很难实现远程在线操控。这种分析方法需要经过采气、取气、色谱分析三大步骤来实现，而这些步骤中有些需要人工到现场操作或者花费很大代价将其改造成远程操控。


【发明内容】

[0005]为了解决上述问题，本发明专利提供一种用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，应用于充油设备油中气体的远程在线监测分析，通过分析气体的成分及浓度，判断设备的安全性与稳定性，保障电网的安全运行。
[0006]本发明采取的技术方案是:
[0007]—种用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其包括:
[0008]观测盒，所述观测盒为一密封容器，其上设有进光口、出光口以及用于向观测盒通入气体的进气口；
[0009]光源，所述光源用于产生光信号，并通过进光口进入观测盒；
[0010]反射镜组，所述反射镜组安装于观测盒内，用于将从进光口进入观测盒的光信号通过出光口输出；
[0011]光探测器，所述光探测器用于接收从出光口输出的光信号，并将该从出光口输出的光信号转换成电信号；
[0012]信号处理器，用于接收所述电信号，并将该电信号与参考电信号进行比对，以测量所述气体的种类和浓度。信号处理器内涵锁相放大器及Α/D转换器。
[0013]将变压器绝缘油中的气体通过高分子透膜分离出来导入进气口进入观测盒装置内部，发射经过稳定固定波长的光源经光纤传输通过光输入耦合装置进入观测盒后，反射镜片发射光线，将光线折射返回光输出耦合装置，传输到光探测器。
[0014]所述进光口和出光口设置于观测盒同一面上。
[0015]所述反射镜组包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜用于将进光口进入观测盒的光信号反射至第二反射镜上，所述第二反射镜用于将第一反射镜反射的光信号传送至出光口。
[0016]所述第一反射镜和第二反射镜之间的夹角或者第一反射镜和第二反射镜延长线之间的夹角为90°。
[0017]在所述进光口上安装有光输入耦合装置，在所述出光口上安装有光输出耦合装置，所述光源通过第一光纤与光输入耦合装置相连，所述光探测器通过第二光纤与光输出耦合装置相连。
[0018]所述光输入耦合装置和光输出耦合装置均为自聚焦透镜。
[0019]所述光输入I禹合装置与第一光纤、以及光输出I禹合装置与第二光纤均融接在一起，可以减小损耗，改善稱合的稳定性。
[0020]光探测器是光路和电路的衔接点，它完成光电转换的功能。所述光探测器为波长在0.8-1.7 μ m范围的InGaAs 二极管，在室温条件下具有很高的灵敏度，还可以对该InGaAs二极管设置一些附加支持，如滤光片，前置放大器，光纤连接器等。
[0021]所述光源为分布反馈半导体激光器(DFBLD)，通过稳频措施，使DFBLD发射出一定波长的光传到观测盒。
[0022]所述观测盒由厚度在3-5_的不透明绝缘材料制成，且密封效果好。
[0023]本发明与现有技术相比，其有益效果在于:
[0024]1、成本低，安装、使用方便；
[0025]2、采用绝缘材料制成的观测盒，能更好的保证设备安全可靠性；
[0026]3、配合中空纤维透膜气体采集装置，实现充油设备油中气体的远程在线监控，最大限度保障设备运行的安全。
[0027]4、抗干扰能力强，气体分析灵敏度高，能有效的对特征气体成分及浓度进行分析。

【专利附图】

【附图说明】
[0028]图1为本发明用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置的结构示意图；
[0029]图2为用于充油设备中空纤维透膜气体采集装置的结构示意图。
[0030]其中:1、观测盒；11、进气口 ；2、光输入耦合装置；3、光输出耦合装置；4、反射镜组；41、反射镜；42、反射镜；5、光源；6、光探测器；7、信号处理器；81、光纤；82、光纤；9、用于充油设备中空纤维透膜气体采集装置；91、中空纤维透膜细管；92、金属外壳保护套；921、取油口 ；922、充油设备连接端；93、连接部件；931、上连接件；932、中间件；933、下连接件；934、出气口 ；94、集气室；95、集气管；951、取气口。

【具体实施方式】
[0031]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明的内容做进一步详细说明。
[0032]实施例
[0033]如图1所示，一种用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其包括:观测盒1、光源5、反射镜组4、光探测器6、信号处理器7。其中:观测盒I为一密封容器，其上设有进光口、出光口以及用于向观测盒I通入气体的进气口 11。在进光口上安装有光输入耦合装置2，在出光口上安装有光输出耦合装置3，光源5通过光纤81与光输入耦合装置2相连，光探测器6通过光纤82与光输出耦合装置3相连。光输入耦合装置2和光输出耦合装置3均为自聚焦透镜，光输入耦合装置2与光纤81、以及光输出耦合装置3与光纤82均融接在一起，这种方式可以减小损耗，改善耦合的稳定性。光源5用于产生光信号，并通过进光口进入观测盒1，光源为分布反馈半导体激光器，通过稳频措施，使DFBLD发射出一定波长的光传到观测盒。反射镜组4安装于观测盒I内，用于将从进光口进入观测盒I的光信号通过出光口输出。光探测器6是光路和电路的衔接点，它完成光电转换的功能，其用于接收从出光口输出的光信号，并将该从出光口输出的光信号转换成电信号，光探测器为波长在0.8-1.7 μ m范围的InGaAs 二极管，在室温条件下具有很高的灵敏度，还可以对该InGaAs二极管设置一些附加支持，如滤光片，前置放大器，光纤连接器等，具体是将光纤连接器与光纤82连接在一起,然后在光纤连接器的输出光路上增加滤光片进行滤光后，由InGaAs 二极管进行光信号和模拟电信号的转换，转换后的模拟电信号再通过前置放大器放大后交给信号处理器7。信号处理器7内涵锁相放大器及Α/D转换器，用于接收模拟电信号，并将该模拟电信号通过Α/D转换器转换成数字电信号，转换后的数字电信号与参考电信号进行比对，以测量气体的种类和浓度，该参考电信号为光源5发出的光信号直接通过光探测器并经Α/D转换器转换形成的初始电信号。这种测量方法为现有的单波长双光路差分吸收技术(可参考《激光与红外》第35卷增刊，2006年10月由王玉田、王聪等发表的论文《气体浓度在线检测系统的设计》)，具体测量方法这里不再赘述。
[0034]将变压器绝缘油中的气体通过用于充油设备中空纤维透膜气体采集装置9导入进气口 11进入观测盒I内部，发射稳定固定波长光信号的光源5经光纤81传输通过光输入耦合装置2进入观测盒I后，反射镜41和反射镜42反射光信号，将光信号折返至光输出耦合装置3，再由光纤82传输到光探测器6。
[0035]进光口和出光口设置于观测盒同一面上。反射镜组4包括反射镜41和反射镜42,反射镜41用于将进光口进入观测盒I的光信号反射至反射镜42上，反射镜42用于将反射镜41反射的光信号传送至出光口。反射镜41和反射镜42之间的夹角或者反射镜41和反射镜42延长线之间的夹角为90°。
[0036]如图2所示的用于充油设备中空纤维透膜气体采集装置9，包括中空纤维透膜细管91、金属外壳保护套92、连接部件93、集气室94，其中集气室94为由集气管95形成的密封结构。中空纤维透膜细管91为高分子材料制成，将一定数量的中空纤维透膜细管91按特定的结构分布均匀，并将中空纤维透膜细管91两端与连接部件93通过在特点的条件下将其组合在一起，使其具有良好的密封效果而又不影响中空纤维透膜细管91的导气性。金属外壳保护套92为圆柱体结构，其中间部位设备预留取油口 921，底端与充油设备连接端922设置螺纹连接或者法兰连接。连接部件93包括上连接件931、下连接件933以及设置于上连接件931和下连接件933之间的中间件932，其中，上连接件931、中间件932和下连接件933 一体成型，上连接件931和集气管95螺纹连接，下连接件933与金属外壳保护套92螺纹连接，中间件932为正六边形方柱为紧固受力部位，上连接件931上设有出气口 934，中空纤维透膜细管91与下连接件933的连接处设有开口，开口通过出气口 934与集气室94连通。集气管95为耐高温材料制成的塑料制品，其顶部有取气口 951，并在取气口 951上设置橡胶塞，当需要对设备进行取气分析时，可用取气针插入橡胶塞进入集齐室取气，抽出时而不让外界气体进入。
[0037]虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或应用，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
【权利要求】
1.一种用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，其包括: 观测盒(I)，所述观测盒(I)为一密封容器，其上设有进光口、出光口以及用于向观测盒⑴通入气体的进气口(11)； 光源(5)，所述光源用于产生光信号，并通过进光口进入观测盒(I)； 反射镜组(4)，所述反射镜组(4)安装于观测盒(I)内，用于将从进光口进入观测盒(I)的光信号通过出光口输出； 光探测器￠)，所述光探测器(6)用于接收从出光口输出的光信号，并将该从出光口输出的光信号转换成电信号； 信号处理器(7)，用于接收所述电信号，并将该电信号与参考电信号进行比对，以测量所述气体的种类和浓度。
2.根据权利要求1所述的用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，所述进光口和出光口设置于观测盒同一面上。
3.根据权利要求2所述的用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，所述反射镜组(4)包括第一反射镜(41)和第二反射镜(42)，所述第一反射镜(41)用于将进光口进入观测盒(I)的光信号反射至第二反射镜(42)上，所述第二反射镜(42)用于将第一反射镜(41)反射的光信号传送至出光口。
4.根据权利要求3所述的用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，所述第一反射镜(41)和第二反射镜(42)之间的夹角或者第一反射镜(41)和第二反射镜(42)延长线之间的夹角为90°。
5.根据权利要求1所述的用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，在所述进光口上安装有光输入耦合装置(2)，在所述出光口上安装有光输出耦合装置(3)，所述光源(5)通过第一光纤(81)与光输入耦合装置(2)相连，所述光探测器(6)通过第二光纤(82)与光输出I禹合装置(3)相连。
6.根据权利要求5所述的用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，所述光输入耦合装置(2)和光输出耦合装置(3)均为自聚焦透镜。
7.根据权利要求5所述的用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，所述光输入I禹合装置(2)与第一光纤(81)、以及光输出f禹合装置(3)与第二光纤(82)均融接在一起。
8.根据权利要求1或5所述的用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，所述光探测器(6)为波长在0.8-1.7μπι范围的InGaAs 二极管。
9.根据权利要求1所述的用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，所述光源(5)为分布反馈半导体激光器。
10.根据权利要求1所述的用于充油设备油中气体在线监测的光纤传感装置，其特征在于，所述观测盒(I)由厚度在3-5mm的不透明绝缘材料制成。
【文档编号】G01N21/31GK104132898SQ201410257582
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】吕刚, 田应富, 袁鹏, 孙勇, 邓海辉 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局, 广东冠能电力科技发展有限公司