專利名稱：基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力設(shè)備放電檢測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
檢測(cè)高壓設(shè)備放電可有效的了解設(shè)備絕緣狀態(tài)，為故障檢測(cè)提供可靠的參考數(shù) 據(jù)，所以高壓設(shè)備放電檢測(cè)的研究具有重要的學(xué)術(shù)意義，并為電力部門運(yùn)行、檢修提供科學(xué) 的依據(jù)。檢測(cè)設(shè)備的局部放電是對(duì)絕緣狀況做出評(píng)估的主要手段，目前在線檢測(cè)局部放電 的手段主要有紅外成像法，脈沖電流法、超聲法以及超高頻法等。這些檢測(cè)法在不同的方面 都有各自的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)踐中也都得到了一定程度的應(yīng)用，但同時(shí)也都存在各自的問題。脈沖 電流法靈敏度、檢測(cè)頻率低并且抗干擾能力也比較差；超聲波衰減比較快，適合于近距離檢 測(cè)；超高頻法在定位和抗干擾兩方面不利檢測(cè)。高壓設(shè)備放電會(huì)輻射出紫外光，通過檢測(cè)紫外光的強(qiáng)度來評(píng)估放電的情況，是檢 測(cè)高壓設(shè)備放電的一種新方法。由于放電產(chǎn)生的紫外光信號(hào)在檢測(cè)時(shí)不需要與運(yùn)行設(shè)備直 接接觸，而是在與設(shè)備相隔一定距離下進(jìn)行，紫外檢測(cè)可以做到不停電、不影響系統(tǒng)運(yùn)行狀 態(tài)，并且其抗干擾能力也較強(qiáng)。電暈放電的紫外檢測(cè)技術(shù)有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍也很廣闊，但目前主要商業(yè) 化的儀器紫外成像儀卻因?yàn)槠洳簧賰r(jià)格昂貴、僅限于成像功能而得不到準(zhǔn)確數(shù)值、無法長 時(shí)間工作以及絕對(duì)靈敏度不高等不足之處，得不到大面積的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，能夠 通過高速采樣再進(jìn)行數(shù)字積分定量測(cè)量放電中產(chǎn)生的紫外輻射功率，定量反映放電強(qiáng)度， 可以作為判斷放電強(qiáng)弱的依據(jù)，同時(shí)，還可以檢測(cè)極其微弱放電的紫外脈沖數(shù)目。該系統(tǒng)靈 敏度高，線性度好，能夠應(yīng)用于高壓電力設(shè)備的放電檢測(cè)。本發(fā)明的的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置包括傳感器單元、信號(hào)處理單 元、處理器單元和電源單元；所述傳感器單元包括對(duì)應(yīng)設(shè)置的前端濾光裝置和光電倍增管；所述信號(hào)處理單元包括前置放大電路、濾波調(diào)整電路、后置放大電路、脈沖甄別電 路和數(shù)字積分電路，所述前置放大電路的信號(hào)輸入端與光電倍增管的信號(hào)輸出端相聯(lián)接， 所述前置放大電路的信號(hào)輸出端分別聯(lián)接到脈沖甄別電路和濾波調(diào)整電路，所述脈沖甄別 電路對(duì)前置放大電路輸出的正向脈沖進(jìn)行比較甄別并計(jì)數(shù)后，輸出至處理器單元；所述濾 波調(diào)整電路對(duì)前置放大電路輸出的放大信號(hào)進(jìn)行濾波和調(diào)整處理后，輸出至后置放大電 路，所述后置放大電路的信號(hào)輸出端與數(shù)字積分電路相聯(lián)接，所述數(shù)字積分電路的信號(hào)輸 出端與處理器單元相聯(lián)接；所述電源單元包括高壓供電模塊和電路供電模塊，所述高壓供電模塊與光電倍增管的電源端相聯(lián)接，所述電路供電模塊分別與信號(hào)處理單元和處理器單元的電源端相聯(lián) 接。進(jìn)一步，所述前置放大電路包括第一運(yùn)算放大器和第一可調(diào)電阻，所述運(yùn)算放大器的反向輸入端經(jīng)第一電阻與光電倍增管的信號(hào)輸出端相聯(lián)接，其正向輸入端經(jīng)第二電阻 接地；所述第一可調(diào)電阻的一端與第一運(yùn)算放大器的正向輸入端相聯(lián)接，其可調(diào)端與運(yùn)算 放大器的輸出端相聯(lián)接，所述第一運(yùn)算放大器的正、負(fù)電源端分別經(jīng)第一電容和第二電容 接地；進(jìn)一步，所述濾波調(diào)整電路包括第二運(yùn)算放大器，所述第二運(yùn)算放大器的反向輸 入端通過依此聯(lián)接的第三電容和第四電容與前置放大電路的放大輸出端相聯(lián)接，所述第三 電容與第四電容的公共接點(diǎn)與第三電阻聯(lián)接后接入第二運(yùn)算放大器的輸出端，所述第二運(yùn) 算器的正向輸入端與第二運(yùn)算放大器的輸出端相聯(lián)接，所述第二運(yùn)算放大器的正、負(fù)電源 端分別經(jīng)第五電容和第六電容接地；進(jìn)一步，所述后置放大電路包括第三運(yùn)算放大器，所述第三運(yùn)算放大器的反向輸 入端經(jīng)第四電阻與第二運(yùn)算放大器的輸出端相聯(lián)接，所述第三運(yùn)算放大器的反向輸入端與 第四電阻的公共接點(diǎn)經(jīng)第五電阻與第三運(yùn)算放大器的輸出端相聯(lián)接，所述第三運(yùn)算放大器 的正向輸入端經(jīng)第六電阻接地，所述第二運(yùn)算放大器正、負(fù)電源端分別經(jīng)第八電容和第九 電容接地，第三運(yùn)算放大器的輸出端與數(shù)字積分電路的信號(hào)輸入端相聯(lián)接；進(jìn)一步，所述脈沖甄別電路包括第一比較器和第二比較器，所述第一比較器和第 二比較器均采用MAX902，其中，所述第一比較器的正向輸入端與第二比較器的反向輸入端 相聯(lián)接，兩者的公共接點(diǎn)與潛質(zhì)放大電路的輸出端相聯(lián)接，所述第一比較器的反向輸入端 與第二可調(diào)電阻的可調(diào)端相聯(lián)接，所述第二可調(diào)電阻的一端外接電源，另一端接地，所述第 二比較器的正向輸入端與第三可調(diào)電阻的可調(diào)端相聯(lián)接，所述第三可調(diào)電阻的一端外接電 源，另一端接地；所述第一比較器的第七引腳與第二比較器的第七引腳聯(lián)接后外接驅(qū)動(dòng)電源，所述 第一比較器的第三引腳與第二比較器的第三引腳聯(lián)接后接地，所述第一比較器的第十引腳 和第十四引腳聯(lián)接后外接驅(qū)動(dòng)電源，所述第二比較器的第十引腳和第十四引腳聯(lián)接后經(jīng)第 七電容接地，所述第一比較器第十引腳和第十四引腳的公共端與第二比較器第十引腳和第 十四引腳的公共端相聯(lián)接；所述第一比較器的輸出端與第一二極管的正極相聯(lián)接，所述第一二極管的負(fù)極接 入與門的第一輸入端，所述第二比較器的輸出端與第二二極管的正極相聯(lián)接，所述第二二 極管的負(fù)極接入與門的第二輸入端，所述與門的輸出端與處理器單元的中斷處理引腳相聯(lián) 接；進(jìn)一步，所述數(shù)字積分電路采用以數(shù)字積分芯片為核心的電路架構(gòu)，所述數(shù)字積 分芯片的模擬信號(hào)輸入端與前置放大電路的信號(hào)輸出端相聯(lián)接，所述數(shù)字積分電路的數(shù)字 信號(hào)輸出端與處理器單元的數(shù)字信號(hào)輸入端口相聯(lián)接；進(jìn)一步，所述處理器單元包括單片機(jī)及其外圍電路，所述單片機(jī)上還聯(lián)接有外擴(kuò) 存儲(chǔ)器和液晶顯示屏；進(jìn)一步，所述單片機(jī)為C8051F120，所述外擴(kuò)存儲(chǔ)器為IS51C512AH ；進(jìn)一步，所述電路供電模塊包括模擬電路供電子模塊、數(shù)字電路供電子模塊、液晶顯示供電子模塊和高壓電源供電子模塊；所述模擬電路供電子模塊包括電壓為6V的蓄電池和外接充電器，所述蓄電池的 輸出端通過與TPS76850芯片聯(lián)接得到5V輸出，所述蓄電池的輸出端通過與三端穩(wěn)壓器 LM317芯片相聯(lián)接得到+2. 5V輸出，所述蓄電池的輸出端通過與三端穩(wěn)壓器LM337芯片相聯(lián) 接得到-2. 5V輸出；所述數(shù)字電路供電子模塊通過AS1117芯片與模擬電路供電子模塊的5V輸出端相 聯(lián)接，得到+3. 3V輸出；所述液晶顯示供電子模塊通過DC-DC逆變芯片MAX765與模擬電路供電子模塊的 5V輸出端相聯(lián)接，得到-12V輸出；所述高壓電源供電子模塊通過DC-DC逆變芯片MAX761與模擬電路供電子模塊的 5V輸出端相聯(lián)接，得到-12V輸出。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明采用非接觸式測(cè)量，大大提高了電力檢測(cè)的安全性，其操作簡(jiǎn)便，同時(shí)為 操作人員降低了工作量；本產(chǎn)品可以安裝在現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)長時(shí)間全天候的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)不停電檢 測(cè)，與很多專用儀器比具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)；2.本發(fā)明采用了高性能日盲區(qū)紫外光電倍增管，并制作了微波暗室，以及高性能 濾光技術(shù)，采取了有效措施降低干擾，系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)；3.本發(fā)明的裝置不僅能定性分析放電情況還能夠定量檢測(cè)設(shè)備的放電量，便于運(yùn) 行人員了解設(shè)備的放電趨勢(shì)，同時(shí)還提供了運(yùn)行設(shè)備絕緣狀態(tài)的評(píng)估依據(jù)；4.本裝置成本低廉，相比與紫外成像儀具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，適合推廣應(yīng)用。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書和權(quán)利要 求書來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述，其中圖1為硬件結(jié)構(gòu)連接示意圖；圖2為前置放大電路的電路連接圖；圖3為濾波調(diào)整電路和后置放大電路的電路連接圖；圖4為脈沖甄別電路的電路連接圖；圖5為數(shù)字積分芯片的管腳連接圖；圖6為單片機(jī)C8051F120的管腳示意圖；圖7為外擴(kuò)存儲(chǔ)器芯片IS61C512AH的管腳連接圖；圖8為液晶顯示模塊的接口電路圖；圖9為電源單元各模塊轉(zhuǎn)換連接示意圖；圖10為模擬電路供電子模塊的電路連接圖；圖11為數(shù)字電路供電子模塊的電路連接圖12為液晶顯示供電子模塊的電路連接圖；圖13為高壓電源供電子模塊的電路連接圖；圖14為高壓電源CC-183Y的電路連接圖；圖15為本發(fā)明的裝置原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖16為本發(fā)明的軟件工作流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例 僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，本發(fā)明的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置包括傳感器單元1、信 號(hào)處理單元2、處理器單元3和電源單元4 ；傳感器單元1包括對(duì)應(yīng)設(shè)置的前端濾光裝置11和光電倍增管12 ；信號(hào)處理單元2包括前置放大電路21、濾波調(diào)整電路22、后置放大電路23、脈沖甄 別電路24和數(shù)字積分電路25，前置放大電路21的信號(hào)輸入端與光電倍增管12的信號(hào)輸 出端相聯(lián)接，前置放大電路21的信號(hào)輸出端分別聯(lián)接到脈沖甄別電路24和濾波調(diào)整電路 22，脈沖甄別電路24對(duì)前置放大電路21輸出的正向脈沖進(jìn)行比較甄別并計(jì)數(shù)后，輸出至處 理器單元3 ；濾波調(diào)整電路22對(duì)前置放大電路21輸出的放大信號(hào)進(jìn)行濾波和調(diào)整處理后， 輸出至后置放大電路23，后置放大電路23的信號(hào)輸出端與數(shù)字積分電路25相聯(lián)接，數(shù)字積 分電路25的信號(hào)輸出端與處理器單元3相聯(lián)接；本發(fā)明的檢測(cè)原理如下采用能線性反映入射光強(qiáng)度和波形的傳感器，對(duì)進(jìn)入傳 感器受光面的光線進(jìn)行采集，獲得這部分光線的即時(shí)輸出波形，并將即時(shí)波形進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn) 換和數(shù)字積分處理獲得數(shù)字化的平均功率，也就是放電的平均能量。這個(gè)參數(shù)一方面是對(duì) 紫外輻射真實(shí)波形的積分平均值，能夠表征單位時(shí)間內(nèi)放電的強(qiáng)弱；另一方面能夠還原電 暈放電產(chǎn)生的紫外輻射波形，為研究電暈放電的紫外輻射提供參考。它的獲得將為高壓在 線監(jiān)測(cè)以及運(yùn)行維護(hù)提供很有價(jià)值的參照。PMT(光電倍增管)是一種建立在光電子發(fā)射效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)理論 基礎(chǔ)上的，把微弱入射光轉(zhuǎn)換成光電子并獲倍增的重要的真空光電發(fā)射器件。具有極高靈 敏度和超快時(shí)間響應(yīng)。典型的光電倍增管包括光電發(fā)射陰極(光陰極)和聚焦電極、電子 倍增極和電子收集極(陽極)的器件。因?yàn)椴捎昧硕伟l(fā)射倍增系統(tǒng)，光電倍增管在可以 探測(cè)到紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測(cè)器件中具有極高的靈敏度和極低的噪 聲。此外，光電倍增管還有快速響應(yīng)、低本底、大面積陰極等特點(diǎn)。暗電流是光電倍增管在完全沒有一點(diǎn)光照的情況下，在規(guī)定的工作電壓下，測(cè)得 陽極的輸出電流。由熱電子發(fā)射、極間漏電流、管內(nèi)殘余氣體的離子發(fā)射、場(chǎng)致發(fā)射、管內(nèi)熒 光等引起的。暗電流是決定光電倍增管能測(cè)定的最小光通量(即該管的極限靈敏度)。因 此，本發(fā)明采取了相應(yīng)措施來降低暗電流，獲得更高的靈敏度，提高儀器的精度。具體措施 是采用保持管座清潔，管罩可靠接地等手段，盡量控制溫度，屏蔽罩應(yīng)至少離開管子玻璃殼 Imm 2mm，使系統(tǒng)的外形尺寸增大，減少靜電屏蔽的寄生影響。
本發(fā)明的整體架構(gòu)是通過紫外光經(jīng)過濾光系統(tǒng)照射到PMT光陰極，使PMT輸出電 信號(hào)，放大濾波后進(jìn)行脈沖按設(shè)定分別進(jìn)行比較甄別處理和數(shù)字積分處理，結(jié)果顯示在液晶顯示屏上；其中，電源模塊向傳感器單元和信號(hào)處理單元，處理器單元的電路供電。如圖2所示，前置放大電路21包括第一運(yùn)算放大器U1和第一可調(diào)電阻RT1，第一 運(yùn)算放大器U1的反向輸入端經(jīng)第一電阻R1與光電倍增管12的信號(hào)輸出端相聯(lián)接，其正向 輸入端經(jīng)第二電阻R2接地；第一可調(diào)電阻RT1的一端與第一運(yùn)算放大器U1的正向輸入端 相聯(lián)接，其可調(diào)端與第一運(yùn)算放大器U1的輸出端相聯(lián)接，第一運(yùn)算放大器U1的正、負(fù)電源 端分別經(jīng)第一電容C1和第二電容C2接地。如圖3所示，濾波調(diào)整電路22包括第二運(yùn)算放大器U2，第二運(yùn)算放大器U2的反向 輸入端通過依此聯(lián)接的第三電容C3和第四電容C4與前置放大電路21的放大輸出端相聯(lián) 接，第三電容C3與第四電容C4的公共接點(diǎn)與第三電阻R3聯(lián)接后接入第二運(yùn)算放大器U2 的輸出端，第二運(yùn)算放大器U2的正向輸入端與第二運(yùn)算放大器U2的輸出端相聯(lián)接，第二運(yùn) 算放大器U2的正、負(fù)電源端分別經(jīng)第五電容C5和第六電容C6接地。后置放大電路23包括第三運(yùn)算放大器U3，第三運(yùn)算放大器U3的反向輸入端經(jīng)第 四電阻R4與第二運(yùn)算放大器U2的輸出端相聯(lián)接，第三運(yùn)算放大器U3的反向輸入端與第四 電阻R4的公共接點(diǎn)經(jīng)第五電阻R5與第三運(yùn)算放大器U3的輸出端相聯(lián)接，第三運(yùn)算放大器 U3的正向輸入端經(jīng)第六電阻R6接地，所述第二運(yùn)算放大器U3的正、負(fù)電源端分別經(jīng)第八電 容C8和第九電容C9接地，第三運(yùn)算放大器U3的輸出端與數(shù)字積分電路25的信號(hào)輸入端 相聯(lián)接。如圖4所示，脈沖甄別電路24包括第一比較器Ml和第二比較器M2，第一比較器 Ml和第二比較器M2均采用MAX902，其中，第一比較器Ml的正向輸入端與第二比較器M2的 反向輸入端相聯(lián)接，兩者的公共接點(diǎn)與前置放大電路的輸出端相聯(lián)接，第一比較器Ml的反 向輸入端與第二可調(diào)電阻RT2的可調(diào)端相聯(lián)接，第二可調(diào)電阻RT2的一端外接電源，另一端 接地，第二比較器M2的正向輸入端與第三可調(diào)電阻RT3的可調(diào)端相聯(lián)接，第三可調(diào)電阻RT3 的一端外接電源，另一端接地；第一比較器Ml的第七引腳與第二比較器M2的第七引腳聯(lián)接后外接驅(qū)動(dòng)電源，第 一比較器Ml的第三引腳與第二比較器M2的第三引腳聯(lián)接后接地，第一比較器Ml的第十引 腳和第十四引腳聯(lián)接后外接驅(qū)動(dòng)電源，第二比較器M2的第十引腳和第十四引腳聯(lián)接后經(jīng) 第七電容C7接地，第一比較器Ml第十引腳和第十四引腳的公共端與第二比較器M2第十引 腳和第十四引腳的公共端相聯(lián)接；第一比較器Ml的輸出端與第一二極管D1的正極相聯(lián)接，第一二極管D1的負(fù)極接 入與門M3的第一輸入端，第二比較器M2的輸出端與第二二極管D2的正極相聯(lián)接，第二二 極管D2的負(fù)極接入與門M3的第二輸入端，與門M3的輸出端與處理器單元3的中斷處理引 腳相聯(lián)接。該電路采用兩個(gè)高帶寬的高速比較器，將紫外脈沖與預(yù)設(shè)的上下兩個(gè)閾值比較， 甄別出有效放電信號(hào)，再通過與門將有效信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖矫}沖，送入處理器進(jìn)行計(jì)數(shù)處 理。Vmin和Vmax為兩閾值，根據(jù)邏輯關(guān)系，只有滿足幅值大于Vmin，小于Vmax的電壓脈沖 信號(hào)才能輸出高電平，低于Vmin的工頻干擾，電源干擾和高于Vmax的隨機(jī)干擾將被排除。 根據(jù)實(shí)際情況這兩個(gè)閾值可以進(jìn)行調(diào)整。電路輸出的高電平信由單片機(jī)對(duì)脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì) 數(shù)，最高計(jì)數(shù)頻率為100MHz。如圖5所示，本實(shí)施例中，數(shù)字積分電路25采用以數(shù)字積分芯片AD7825為核心的電路架構(gòu)，數(shù)字積分芯片的模擬信號(hào)輸入端與前置放大電路的信號(hào)輸出端相聯(lián)接，數(shù)字積 分電路25的數(shù)字信號(hào)輸出端與處理器單元3的數(shù)字信號(hào)輸入端口相聯(lián)接。處理器單元3包括單片機(jī)及其外圍電路，單片機(jī)上還聯(lián)接有外擴(kuò)存儲(chǔ)器和液晶顯 示屏。本實(shí)施例中，單片機(jī)采用美國silicon公司C8051F系列高性能微處理器C8051F120。 C8051F系列單片機(jī)是高速高集成度的，具有獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片， 系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)定在100MHz，圖6為其管腳示意圖。由于進(jìn)行了高速采樣，C8051F120內(nèi)部存儲(chǔ)器不能滿足要求，要使用外擴(kuò)存儲(chǔ)器。 采用的外擴(kuò)存儲(chǔ)器芯片為IS61C512AH，512K容量，高速低功耗。電路連接圖如圖7所示。如圖8所示，液晶顯示模塊采用內(nèi)藏KS0107控制器YXD-12864A-02圖形液晶顯示 模塊，顯示屏自帶背光。該顯示系統(tǒng)還有RS232串口輸出，四個(gè)按鍵及蜂鳴器等。RS232串 口輸出用于把數(shù)字積分得到的值發(fā)送到計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)。四個(gè)按鍵用來對(duì)儀器進(jìn)行操作，包 括設(shè)定脈沖計(jì)數(shù)或積分的時(shí)間，在兩種測(cè)量方式間切換。本發(fā)明的電源系統(tǒng)是一個(gè)很重要的組成部分，如圖9所示，本發(fā)明中，電源單元4 包括高壓供電模塊41和電路供電模塊42，高壓供電模塊41與光電倍增管12的電源端相聯(lián) 接，電路供電模塊42分別與信號(hào)處理單元2和處理器單元3的電源端相聯(lián)接。電路供電模塊42包括模擬電路供電子模塊421、數(shù)字電路供電子模塊422、液晶顯 示供電子模塊423和高壓電源供電子模塊424。如圖10所示，模擬電路供電子模塊421包括電壓為6V的蓄電池和外接充電器，蓄 電池的輸出端通過與TPS76850芯片聯(lián)接得到5V輸出；蓄電池的輸出端通過與三端穩(wěn)壓器LM317芯片相聯(lián)接得到+2. 5V輸出，蓄電池的 輸出端通過與三端穩(wěn)壓器LM337芯片相聯(lián)接得到-2. 5V輸出；用于提供給前置放大電路和 后置放大電路的運(yùn)算放大器使用；如圖11所示，數(shù)字電路供電子模塊422通過AS1117芯片與模擬電路供電子模塊 的5V輸出端相聯(lián)接，得到+3. 3V輸出，用于單片機(jī)供電；如圖12所示，液晶顯示供電子模塊423通過DC-DC逆變芯片MAX765與模擬電路 供電子模塊的5V輸出端相聯(lián)接，得到-12V輸出，用來調(diào)節(jié)液晶顯示屏的對(duì)比度；如圖13所示，高壓電源供電子模塊424通過DC-DC逆變芯片MAX761與模擬電路 供電子模塊的5V輸出端相聯(lián)接，得到+12V輸出，向高壓電源模塊提供輸入電壓。另外，光電倍增管需要高電壓驅(qū)動(dòng)工作，本實(shí)施例中，采用850V負(fù)高壓作為其驅(qū) 動(dòng)電壓。高壓供電模塊41采用濱松公司的高壓電源CC-183Y，CC-183Y的原理圖如圖14所 示。其特點(diǎn)是集成化高，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，輸入電源適應(yīng)范圍寬，輸出電壓連續(xù)可調(diào)，高壓 調(diào)整方式穩(wěn)定可靠，特別適合野外，便攜式，干電池供電等，一般用于小型儀器，CC-183Y輸 出的是負(fù)高壓。通過電位器的調(diào)整可以使輸出穩(wěn)定在850V負(fù)高壓，經(jīng)分壓器后各倍增極級(jí)間電 壓為85V。高壓電源高壓輸出端紋波約為350mV，在和低壓輸入端進(jìn)行了濾波電路處理，抑 制了電源紋波數(shù)值約為40mV，噪聲/紋波值為0. 00365%，已經(jīng)達(dá)到很低的水平。高電壓的電磁輻射會(huì)對(duì)紫外線光電子信號(hào)造成影響。故需要用對(duì)高壓電源模塊的 金屬屏蔽接地，從而有效地解決了信號(hào)干擾問題。圖15為本發(fā)明的裝置原理結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，放電設(shè)備輻射的紫外光經(jīng)過鏡頭光路后，再通過紫外光濾光片濾除大多數(shù)背景光干擾，進(jìn)入傳感器，傳感器根據(jù)自身響應(yīng) 特性對(duì)微弱的光信號(hào)進(jìn)行放大，輸出光電流，最后經(jīng)檢測(cè)電路放大處理，最后顯示并傳輸。圖16為本發(fā)明的軟件工作流程圖，本發(fā)明的放電檢測(cè)裝置上電后，在操作面板上 設(shè)置積分常數(shù)和脈沖計(jì)數(shù)時(shí)間和閾值，再選擇工作模式，如是光功率模式就進(jìn)行高速AD采 樣并進(jìn)行數(shù)字積分，脈沖技術(shù)模式則啟動(dòng)定時(shí)器對(duì)合乎要求的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后顯示檢 測(cè)結(jié)果。1.紫外脈沖法(UV Pulse Method)根據(jù)放電的特點(diǎn)，放電時(shí)輻射的紫外光類似于脈沖電流法的電流脈沖信號(hào)，有的 時(shí)候不方便進(jìn)行判別其幅度，傳感器輸出的脈沖電流信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和放大后，與預(yù)設(shè)的閾 值相比較，獲得脈沖的數(shù)目，由脈沖數(shù)目的密集程度來判斷放電的強(qiáng)度。2.紫外光功率法(UV Optical Power Method)將所有的放電信號(hào)采用測(cè)量其功率的方法達(dá)到對(duì)放電的檢測(cè)，在此成為紫外光功 率法(UV Optical Power Method)。紫外光功率法要求傳感器對(duì)信號(hào)有著線性的響應(yīng)曲線， 可以如實(shí)的反應(yīng)放電的情況。其裝置數(shù)值關(guān)系推導(dǎo)如下光電效應(yīng)第一定律認(rèn)為，當(dāng)光源頻率一定或光源頻譜分布一定時(shí)，飽和光電流Ib 與陰極的光通量P有嚴(yán)格的正比關(guān)系P - Ib強(qiáng)度為恒定值的點(diǎn)光源在距離為r，面積為S的光陰極上的光通量(當(dāng)r2光陰極 線度時(shí))為Poc —
r'而光陰極面積S是固定的，那么有Ihoc\
r 一在紫外光源的法線方向，距離為r處的，垂直于該法線的面元上的紫外輻照度禮 可用式(3. 29)表示Ha = J HASArAdA
A丨其中，Ha是紫外輻照度；Ha是距光源法線方向r處的光譜輻照度；SA是紫外照度 計(jì)探測(cè)器的光譜靈敏度；T A是探測(cè)器的干射濾光片的光譜透射系數(shù)。根據(jù)半寬度法，可計(jì) 算出HA值，單位是W/cm2。實(shí)際的測(cè)量在需要通過測(cè)量一定時(shí)間t的紫外輻照度Ha，再將此值進(jìn)行積分得到 放電能量再除以時(shí)間T，獲得平均功率？ ’得
— 1廠1 ‘々 p = - \HAdt = - j [H.S.r.dXdt
7 0o々本發(fā)明針對(duì)兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，綜合使用兩種方法，在一些信號(hào)極其微弱的情況 下，使用紫外脈沖法，犧牲精度以達(dá)到較高的靈敏度，在信號(hào)較強(qiáng)的情況下，采用紫外光功 率法，獲得較高的精度。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技
10術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，其特征在于所述裝置包括傳感器單元(1)、信號(hào)處理單元(2)、處理器單元(3)和電源單元(4)；所述傳感器單元(1)包括對(duì)應(yīng)設(shè)置的前端濾光裝置(11)和光電倍增管(12)；所述信號(hào)處理單元(2)包括前置放大電路(21)、濾波調(diào)整電路(22)、后置放大電路(23)、脈沖甄別電路(24)和數(shù)字積分電路(25)，所述前置放大電路(21)的信號(hào)輸入端與光電倍增管(12)的信號(hào)輸出端相聯(lián)接，所述前置放大電路(21)的信號(hào)輸出端分別聯(lián)接到脈沖甄別電路(24)和濾波調(diào)整電路(22)，所述脈沖甄別電路(24)對(duì)前置放大電路(21)輸出的正向脈沖進(jìn)行比較甄別并計(jì)數(shù)后，輸出至處理器單元(3)；所述濾波調(diào)整電路(22)對(duì)前置放大電路(21)輸出的放大信號(hào)進(jìn)行濾波和調(diào)整處理后，輸出至后置放大電路(23)，所述后置放大電路(23)的信號(hào)輸出端與數(shù)字積分電路(25)相聯(lián)接，所述數(shù)字積分電路(25)的信號(hào)輸出端與處理器單元(3)相聯(lián)接；所述電源單元(4)包括高壓供電模塊(41)和電路供電模塊(42)，所述高壓供電模塊(41)與光電倍增管(12)的電源端相聯(lián)接，所述電路供電模塊(42)分別與信號(hào)處理單元(2)和處理器單元(3)的電源端相聯(lián)接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，其特征在于所述前 置放大電路(21)包括第一運(yùn)算放大器(Ul)和第一可調(diào)電阻(RTl)，所述第一運(yùn)算放大器 (Ul)的反向輸入端經(jīng)第一電阻(Rl)與光電倍增管(12)的信號(hào)輸出端相聯(lián)接，其正向輸 入端經(jīng)第二電阻(R2)接地；所述第一可調(diào)電阻(RTl)的一端與第一運(yùn)算放大器(Ul)的正 向輸入端相聯(lián)接，其可調(diào)端與第一運(yùn)算放大器(Ul)的輸出端相聯(lián)接，所述第一運(yùn)算放大器 (Ul)的正、負(fù)電源端分別經(jīng)第一電容(Cl)和第二電容(C2)接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，其特征在于所 述濾波調(diào)整電路(22)包括第二運(yùn)算放大器(U2)，所述第二運(yùn)算放大器(U2)的反向輸入端 通過依此聯(lián)接的第三電容(C3)和第四電容(C4)與前置放大電路(21)的放大輸出端相聯(lián) 接，所述第三電容(C3)與第四電容(C4)的公共接點(diǎn)與第三電阻(R3)聯(lián)接后接入第二運(yùn)算 放大器(U2)的輸出端，所述第二運(yùn)算放大器(U2)的正向輸入端與第二運(yùn)算放大器(U2)的 輸出端相聯(lián)接，所述第二運(yùn)算放大器(U2)的正、負(fù)電源端分別經(jīng)第五電容(C5)和第六電容 (C6)接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，其特征在于所述后 置放大電路(23)包括第三運(yùn)算放大器(U3)，所述第三運(yùn)算放大器(U3)的反向輸入端經(jīng)第 四電阻(R4)與第二運(yùn)算放大器(U2)的輸出端相聯(lián)接，所述第三運(yùn)算放大器(U3)的反向輸 入端與第四電阻(R4)的公共接點(diǎn)經(jīng)第五電阻(R5)與第三運(yùn)算放大器(U3)的輸出端相聯(lián) 接，所述第三運(yùn)算放大器(U3)的正向輸入端經(jīng)第六電阻(R6)接地，所述第二運(yùn)算放大器 (U3)的正、負(fù)電源端分別經(jīng)第八電容(C8)和第九電容(C9)接地，第三運(yùn)算放大器(U3)的 輸出端與數(shù)字積分電路(25)的信號(hào)輸入端相聯(lián)接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，其特征在于所述脈 沖甄別電路(24)包括第一比較器(Ml)和第二比較器(M2)，所述第一比較器(Ml)和第二 比較器(M2)均采用MAX902，其中，所述第一比較器(Ml)的正向輸入端與第二比較器(M2) 的反向輸入端相聯(lián)接，兩者的公共接點(diǎn)與前置放大電路的輸出端相聯(lián)接，所述第一比較器 (Ml)的反向輸入端與第二可調(diào)電阻(RT2)的可調(diào)端相聯(lián)接，所述第二可調(diào)電阻(RT2)的一端外接電源，另一端接地，所述第二比較器(M2)的正向輸入端與第三可調(diào)電阻(RT3)的可 調(diào)端相聯(lián)接，所述第三可調(diào)電阻(RT3)的一端外接電源，另一端接地；所述第一比較器(Ml)的第七引腳與第二比較器(M2)的第七引腳聯(lián)接后外接驅(qū)動(dòng)電 源，所述第一比較器(Ml)的第三引腳與第二比較器(M2)的第三引腳聯(lián)接后接地，所述第一 比較器(Ml)的第十引腳和第十四引腳聯(lián)接后外接驅(qū)動(dòng)電源，所述第二比較器(M2)的第十 引腳和第十四引腳聯(lián)接后經(jīng)第七電容(C7)接地，所述第一比較器(Ml)第十引腳和第十四 引腳的公共端與第二比較器(M2)第十引腳和第十四引腳的公共端相聯(lián)接；所述第一比較器(Ml)的輸出端與第一二極管(Dl)的正極相聯(lián)接，所述第一二極管 (Dl)的負(fù)極接入與門(M3)的第一輸入端，所述第二比較器(M2)的輸出端與第二二極管 (D2)的正極相聯(lián)接，所述第二二極管(D2)的負(fù)極接入與門(M3)的第二輸入端，所述與門 (M3)的輸出端與處理器單元(3)的中斷處理引腳相聯(lián)接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，其特征在于所述數(shù) 字積分電路(25)采用以數(shù)字積分芯片為核心的電路架構(gòu)，所述數(shù)字積分芯片的模擬信號(hào) 輸入端與前置放大電路的信號(hào)輸出端相聯(lián)接，所述數(shù)字積分電路(25)的數(shù)字信號(hào)輸出端 與處理器單元(3)的數(shù)字信號(hào)輸入端口相聯(lián)接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，其特征在于所述處 理器單元(3)包括單片機(jī)(31)及其外圍電路，所述單片機(jī)上還聯(lián)接有外擴(kuò)存儲(chǔ)器(32)和 液晶顯示模塊(33)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，其特征在于所述單 片機(jī)為C8051F120，所述外擴(kuò)存儲(chǔ)器為IS51C512AH。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，其特征在于所述 電路供電模塊(42)包括電壓為6V的蓄電池和外接充電器，還包括模擬電路供電子模塊 (421)、數(shù)字電路供電子模塊(422)、液晶顯示供電子模塊(423)和高壓電源供電子模塊 (424)；所述模擬電路供電子模塊(421)通過TPS76850芯片與蓄電池的輸出端聯(lián)接得到5V輸 出，5V輸出端通過與三端穩(wěn)壓器LM317芯片相聯(lián)接得到+2. 5V輸出；所述數(shù)字電路供電子模塊(422)通過AS1117芯片與模擬電路供電子模塊的5V輸出端 相聯(lián)接，得到+3. 3V輸出；所述液晶顯示供電子模塊(423)通過DC-DC逆變芯片MAX765與模擬電路供電子模塊 的5V輸出端相聯(lián)接，得到-12V輸出+12V輸出端通過與三端穩(wěn)壓器LM337芯片相聯(lián)接得 到-2. 5V輸出；所述高壓電源供電子模塊(424)通過DC-DC逆變芯片MAX761與模擬電路供電子模塊 的5V輸出端相聯(lián)接，得到+12V輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于紫外法的電力設(shè)備放電檢測(cè)裝置，所述裝置包括傳感器單元、信號(hào)處理單元、處理器單元和電源單元；傳感器單元包括對(duì)應(yīng)設(shè)置的前端濾光裝置和光電倍增管；所述信號(hào)處理單元包括前置放大電路、濾波調(diào)整電路、后置放大電路、脈沖甄別電路和數(shù)字積分電路，所述電源單元包括高壓供電模塊和電路供電模塊，所述高壓供電模塊與光電倍增管的電源端相聯(lián)接，所述電路供電模塊分別與信號(hào)處理單元和處理器單元的相關(guān)電源端相聯(lián)接，本發(fā)明不僅能定性分析放電情況，還能夠定量檢測(cè)設(shè)備的放電量，便于運(yùn)行人員了解設(shè)備的放電趨勢(shì)，同時(shí)提供運(yùn)行設(shè)備絕緣狀態(tài)的評(píng)估依據(jù)；由于本發(fā)明采用非接觸式測(cè)量，大大提高了電力檢測(cè)的安全性。
文檔編號(hào)G01J1/44GK101813730SQ20101015160
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者何為, 汪金剛 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)