專(zhuān)利名稱(chēng)：SF₆氣體激光成像儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于儀器安全檢測(cè)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種成像儀，特別是一種SF6氣 體激光成像儀。
背景技術(shù)：
SF6氣體是無(wú)色、無(wú)臭、不燃、無(wú)毒的惰性氣體，具有優(yōu)良的絕緣性能和滅弧性能， 且化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不容易分解變質(zhì)。SF6氣體不溶于水和變壓器油，在熾熱的溫度下，它與氧 氣、氬氣、鋁及其他許多物質(zhì)均不發(fā)生作用。在高溫電弧作用下，很少量的SF6會(huì)分解為有 毒的SOF2、SAF2、SF4和SOF4等，但在電弧過(guò)零值后，很快又再結(jié)合成SF6。因此，長(zhǎng)期密封使 用的SF6,雖經(jīng)多次滅弧作用，也不會(huì)減少或變質(zhì)。鑒于SF6氣體的上述優(yōu)良性質(zhì)，其被廣泛 應(yīng)用于高壓電器制造行業(yè)和電氣技術(shù)設(shè)備。電器設(shè)備中SF6氣體的泄露會(huì)降低電器設(shè)備絕 緣性能，威脅工作人員的人身安全，帶來(lái)潛在的安全隱患。同時(shí)，由于SF6是一種溫室氣體， 可停留于大氣層達(dá)數(shù)千年之久，而SF6氣體產(chǎn)生的溫室效應(yīng)是二氧化碳的M000倍，對(duì)環(huán) 境的破壞相當(dāng)嚴(yán)重。因此出于安全和環(huán)保的考慮要求對(duì)應(yīng)用SF6氣體的高壓電氣設(shè)備要定 期檢測(cè)SF6氣體的泄露情況。當(dāng)前，對(duì)設(shè)備檢漏和查找漏點(diǎn)的常見(jiàn)做法有大面積刷肥皂泡法，定性、定量檢測(cè) 法，塑料薄膜密封法等等。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法需要設(shè)備停止運(yùn)行，因此，檢測(cè)效率偏低而且傳 統(tǒng)檢測(cè)方法需要操作人員直接接觸高壓電器設(shè)備，如果電器設(shè)備存在問(wèn)題會(huì)危及檢測(cè)人員 的人身安全。伴隨著SF6電器設(shè)備的大量使用，對(duì)SF6檢測(cè)的效率、安全性、經(jīng)濟(jì)性提出了更 高的要求。SF6氣體激光成像儀就是順應(yīng)這種檢測(cè)需求而出現(xiàn)的檢測(cè)設(shè)備。但是，市場(chǎng)上已 有的SF6氣體激光成像儀由于采用的激光源功率控制不及時(shí)，很容易造成內(nèi)部成像單元的 損傷，且檢測(cè)圖像顯示為黑白圖像，檢測(cè)設(shè)備機(jī)身笨重，不利于檢測(cè)的人性化。
發(fā)明內(nèi)容為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷或不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種SF6氣體激 光成像儀，本實(shí)用新型是一種具有灰度報(bào)警、防灼傷、圖像偽彩化的便攜式激光氣體成像裝 置。該儀器不僅可以精確定位SF6氣體所在區(qū)域，而且能確保設(shè)備安全運(yùn)行和工人人員的 人身安全，提高設(shè)備檢修工作效率。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)解決方案一種SF6氣體激光成像儀，包括控制單元、系統(tǒng)電源和可見(jiàn)光攝像機(jī)，其特征在于， 還包括觸摸液晶顯示器、FPGA芯片、激光調(diào)控電源、紅外探測(cè)儀和激光探頭；所述控制單元 連接所述觸摸液晶顯示器、FPGA芯片和激光調(diào)控電源，控制單元和FPGA芯片分別通過(guò)A/ D轉(zhuǎn)化電路與所述紅外探測(cè)儀相連；所述激光調(diào)控電源連接激光發(fā)射器，所述激光發(fā)射器 與激光源相連；所述系統(tǒng)電源連接控制單元、FPGA芯片、A/D轉(zhuǎn)化電路、激光源、激光調(diào)控電 源、可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外探測(cè)儀和激光探頭。所述紅外探測(cè)儀用來(lái)采集激光源照射下SF6電氣設(shè)備及其周?chē)膱D像；可見(jiàn)光相機(jī)采集到的為可見(jiàn)光條件下SF6電氣設(shè)備及其周?chē)膱D像；所述激光源為檢測(cè)時(shí)采用的外 加光源；此激光源發(fā)出的點(diǎn)狀光斑通過(guò)擴(kuò)束鏡轉(zhuǎn)變成為區(qū)域光源；激光探頭是為了定位區(qū) 域光源的位置而采用的輔助定位設(shè)備；觸摸液晶顯示器用來(lái)顯示紅外探測(cè)儀和可見(jiàn)光相機(jī) 采集到的圖像，并作為用戶(hù)和SF6氣體激光成像儀的交互接口 ；FPGA模塊通過(guò)對(duì)黑白圖像 的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的偽彩功能；控制單元通過(guò)檢測(cè)像素的灰度值來(lái)實(shí)現(xiàn)灰度報(bào)警功能，同 時(shí)控制激光調(diào)控電源減小功率，防止因激光源功率過(guò)大而灼傷紅外探測(cè)儀；系統(tǒng)電源為整 個(gè)SF6氣體激光成像儀的工作提供電力來(lái)源。所述控制單元連接觸摸屏液晶顯示器、FPGA芯片和激光調(diào)控電源，控制單元和 FPGA芯片分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化電路與紅外探測(cè)儀相連；所述激光調(diào)控電源連接激光源，為激 光源的供電電源；所述系統(tǒng)電源連接控制單元、FPGA芯片、A/D轉(zhuǎn)化電路、激光調(diào)控電源、可 見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外探測(cè)儀和激光探頭。本實(shí)用新型還包括如下其它技術(shù)特征所述A/D轉(zhuǎn)化電路與紅外探測(cè)儀之間設(shè)置有放大器，系統(tǒng)電源為所述放大器供 H1^ ο所述可見(jiàn)光攝像機(jī)的出口端設(shè)置第一鏡頭，所述第一鏡頭采用電動(dòng)鏡頭。所述紅外探測(cè)儀的前方設(shè)置第二鏡頭，所述第二鏡頭采用電動(dòng)鏡頭。所述激光發(fā)射器的出口端設(shè)置散射透鏡組。所述散射透鏡組入口端設(shè)置濾光片，散射透鏡組出口端設(shè)置第三鏡頭，所述第三 鏡頭采用電動(dòng)鏡頭。所述控制單元ARM微處理器與FPGA器件。所述激光發(fā)射器采用(X)2激光發(fā)射器。所述系統(tǒng)電源采用外接電源及便攜式蓄電池。所述紅外探測(cè)器為非制冷型多晶硅紅外成像儀器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于1、加強(qiáng)了對(duì)SF6設(shè)備的管理，提高了 SF6S備的運(yùn)行可靠性，減少了維護(hù)成本；可以 在SF6設(shè)備帶電正常運(yùn)行的同時(shí)，以便攜成像的方式快速、直觀、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確定位SF6氣體位置。2、具有灰度報(bào)警功能，當(dāng)灰度值超過(guò)警戒值時(shí)，控制單元自動(dòng)降低激光發(fā)射器的 功率，以防止紅外探測(cè)儀灼傷，保證儀器安全工作。3、實(shí)現(xiàn)偽彩編碼方式，將黑白顯示為灰階劃分為許多彩色域，使黑白圖形或圖像 變成彩色，增強(qiáng)人眼對(duì)不同強(qiáng)度的敏感度，從主觀上增加了顯示信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，增強(qiáng)圖像 邊界的可識(shí)別程度。4. ARM微處理器的采用，使得本實(shí)用新型支持SD卡的儲(chǔ)存，可有效的獲取靜態(tài)圖 像和動(dòng)態(tài)影像資料，實(shí)現(xiàn)資料的保存，以便后期的檢測(cè)工作提供參考、信息分析。5、采用觸摸式液晶顯示屏，通過(guò)觸摸快捷鍵實(shí)現(xiàn)各種功能切換；同時(shí)紅外探測(cè)儀 具有高靈敏度模式功能，能夠準(zhǔn)確探測(cè)到微量SF6氣體的位置。6、便攜式蓄電池使工作人員可以在外界斷電狀態(tài)下，正常檢測(cè)SF6氣體的精確位 置，為減少經(jīng)濟(jì)損失和危害人身安全提供保障。7、紅外探測(cè)儀與可見(jiàn)光相機(jī)具有電動(dòng)對(duì)焦特性，可以實(shí)時(shí)的根據(jù)距離變化而觀察到清晰的圖像；激光探頭發(fā)出的呈“十字”型近紅外線可以精確地定位激光檢測(cè)區(qū)域，提高 精確度與檢測(cè)功效。8、選用防塵防水鏡頭，可適用于任何惡劣檢測(cè)條件，亦可以在雪天雨天檢測(cè)SF6氣 體精確位置。9、簡(jiǎn)單的構(gòu)造，優(yōu)化的設(shè)計(jì)，精小的儀器體積，既減輕了儀器重量，又為用戶(hù)工作 提供了靈活性、隨機(jī)性，突破了工作環(huán)境的局限性；降低了檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約了大 量時(shí)間、提高了經(jīng)濟(jì)效益。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的儀器前端布局示意圖。圖3是本實(shí)用新型的儀器前端工作原理示意圖。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的SF6氣體激光成像儀，包括控制單元1、系統(tǒng)電源8和可 見(jiàn)光攝像機(jī)10，所述可見(jiàn)光攝像機(jī)10的出口端設(shè)置第一鏡頭15，所述第一鏡頭15采用電 動(dòng)鏡頭。本激光成像儀還包括觸摸液晶顯示器2、FPGA芯片3、激光調(diào)控電源9、可見(jiàn)光攝像 機(jī)10、紅外探測(cè)儀11和激光探頭14 ；所述控制單元1連接所述觸摸液晶顯示器2、FPGA芯 片3和激光調(diào)控電源9，控制單元1和FPGA芯片3分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化電路4與所述紅外探 測(cè)儀11相連，所述A/D轉(zhuǎn)化電路4與紅外探測(cè)儀11之間設(shè)置有放大器5，系統(tǒng)電源(8)為 所述放大器5供電。所述紅外探測(cè)儀11的前方設(shè)置第二鏡頭16，所述第二鏡頭16采用電 動(dòng)鏡頭。所述激光調(diào)控電源9連接激光發(fā)射器7，所述激光發(fā)射器7與激光源6相連；激光 發(fā)射器7的出口端設(shè)置散射透鏡組13，散射透鏡組13入口端設(shè)置濾光片12，散射透鏡組13 出口端設(shè)置第三鏡頭17，所述第三鏡頭17可選用防水防塵鏡頭。所述系統(tǒng)電源8連接控制單元1、FPGA芯片3、A/D轉(zhuǎn)化電路4、激光源6、激光調(diào)控 電源9、可見(jiàn)光攝像機(jī)10、紅外探測(cè)儀11和激光探頭14?？刂茊卧?和FPGA芯片3結(jié)合外圍電路設(shè)計(jì)共同控制本實(shí)用新型的其他設(shè)備?？?制單元1采用ARMll系列的64位微處理器?？刂茊卧?利用軟件編程實(shí)現(xiàn)圖像的偽彩處理，將黑白圖形或圖像變成彩色?？?制單元1接收用戶(hù)在觸摸液晶顯示器2上操作的控制信息，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)利用觸摸方式在液晶 屏上的圖像切換功能。并通過(guò)液晶顯示器2從主觀上增加顯示信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，增強(qiáng)圖像 邊界的可識(shí)別程度，實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光與激光的圖像偽彩顯示?？刂茊卧?控制激光調(diào)控電源9，從而控制激光發(fā)射器7的開(kāi)關(guān)和輸出功率；當(dāng)灰 度值超過(guò)警戒值時(shí)，控制單元1通過(guò)程序控制DB15針供電端口自動(dòng)降低激光發(fā)射器7的功 率，防止紅外探測(cè)儀11灼傷，具有灰度報(bào)警功能?？刂茊卧?支持實(shí)時(shí)時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)按時(shí)間信息命名視頻AVI格式存儲(chǔ)、JPG格式存儲(chǔ)， 可選擇實(shí)時(shí)監(jiān)視和回放模式；支持SD卡的儲(chǔ)存，可有效獲取與存儲(chǔ)靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)影像，便于后期的檢測(cè)工作提供參考、信息分析。 FPGA芯片3實(shí)現(xiàn)圖像與信號(hào)的處理； A/D轉(zhuǎn)化電路4實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換；放大器5與A/D轉(zhuǎn)化電路4、紅外探測(cè)儀11相連，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的精確采集以便為后期 數(shù)據(jù)的分析提供有力保障；激光發(fā)射器7采用(X)2激光發(fā)射器，該發(fā)射器發(fā)出的激光波長(zhǎng)為10. 2 10. 8微米 之間。激光發(fā)射器7的出口端設(shè)有濾光片12與散射透鏡組13，激光發(fā)射后濾光片12能夠 使波長(zhǎng)為10. 55微米的激光透過(guò)，然后散射透鏡組13使激光傳射由定向轉(zhuǎn)變?yōu)?° 8° 的發(fā)散傳射；系統(tǒng)電源8采用便攜式蓄電池，使工作人員可以在外界斷電狀態(tài)下，正常檢測(cè)SF6 氣體精確位置，為減少經(jīng)濟(jì)損失和危害人身安全提供保障?？梢?jiàn)光攝像機(jī)10與第一鏡頭15相連、紅外探測(cè)儀11與第二鏡頭16相連，能夠?qū)?現(xiàn)電動(dòng)對(duì)焦，可以實(shí)時(shí)的根據(jù)距離變化而觀察到清晰的圖像，使得所捕獲的圖像時(shí)刻保持 清晰狀態(tài)。紅外探測(cè)儀11為非制冷型多晶硅紅外成像儀器，型號(hào)為D780系列，其具有 384*288像素，電動(dòng)鏡頭、定制灰度報(bào)警功能。體積小、緊湊輕巧、控制簡(jiǎn)便、2X電子變倍、降 低噪聲、黑熱/白熱極性反轉(zhuǎn)顯示、多種自定義組態(tài)模式、亮度/增益調(diào)整；紅外探測(cè)儀11 具有電動(dòng)對(duì)焦特性，可以實(shí)時(shí)的根據(jù)距離變化而觀察到清晰的圖像；利用觸摸液晶顯示器 方式實(shí)現(xiàn)液晶屏上圖像切換功能。激光探頭14可以精確地定位激光檢測(cè)區(qū)域，提高精確度與檢測(cè)功效。如圖2所示，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將激光發(fā)射器7、可見(jiàn)光攝像機(jī)10、紅外探測(cè)儀11和激 光探頭14呈菱形設(shè)置在本實(shí)用新型的儀器前端，激光發(fā)射器7在正上方，可見(jiàn)光攝像機(jī)1 和激光探頭14排列在中間的左右兩邊，可見(jiàn)光攝像機(jī)10在正下方。如圖3所示，本實(shí)用新型工作開(kāi)始后，其儀器工作原理如下激光發(fā)射器7發(fā)射的激光a到達(dá)檢測(cè)區(qū)域，并在物體表面上反射，返回的數(shù)據(jù)信息 經(jīng)FPGA芯片3處理后，通過(guò)觸摸液晶顯示器2顯示圖像；由于SF6氣體b對(duì)紅外光線(波長(zhǎng) 為10. 55微米)具有強(qiáng)烈的吸收作用，因此，當(dāng)檢測(cè)區(qū)域存在SF6氣體時(shí)，背景物體B上反射 到紅外探測(cè)儀11的激光c的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)觸摸液晶顯示器2顯示圖像，此時(shí) 反射到紅外探測(cè)儀11的紅外光線能量急劇地減弱，使通?？床坏降腟F6氣體在觸摸液晶顯 示器2上通過(guò)偽彩技術(shù)變得清晰可見(jiàn)，并成黑色煙狀飄散，且隨著氣體濃度不同，黑度也不 同；激光探頭14發(fā)出的呈“十字”型近紅外線能夠精確地定位激光檢測(cè)區(qū)域d，從而達(dá)到提 高精確度與檢測(cè)功效，快速定位氣體位置的目的。以上描述了本實(shí)用新型的主要特征和工作原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本實(shí) 用新型不受上述實(shí)施例的限制，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還 會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型 要求保護(hù)范圍由權(quán)利要求書(shū)的范圍界定。
權(quán)利要求1.一種SF6氣體激光成像儀，包括控制單元(1)、系統(tǒng)電源(8)和可見(jiàn)光攝像機(jī)(10)，其 特征在于，還包括觸摸液晶顯示器(2)、FPGA芯片(3)、激光調(diào)控電源(9)、紅外探測(cè)儀(11) 和激光探頭(14)；所述控制單元(1)連接所述觸摸液晶顯示器(2)、FPGA芯片(3)和激光調(diào) 控電源(9)，控制單元(1)和FPGA芯片(3)分別通過(guò)A/D轉(zhuǎn)化電路(4)與所述紅外探測(cè)儀 (11)相連；所述激光調(diào)控電源(9)連接激光發(fā)射器(7)，所述激光發(fā)射器(7)與激光源(6) 相連；所述系統(tǒng)電源(8)連接控制單元(1)、FPGA芯片(3)、A/D轉(zhuǎn)化電路(4)、激光源(6)、激 光調(diào)控電源(9 )、可見(jiàn)光攝像機(jī)(10 )、紅外探測(cè)儀(11)和激光探頭(14 )。
2.如權(quán)利要求1所述的SF6氣體激光成像儀，其特征在于，所述A/D轉(zhuǎn)化電路(4)與紅 外探測(cè)儀(11)之間設(shè)置有放大器(5 )，系統(tǒng)電源(8 )為所述放大器(5 )供電。
3.如權(quán)利要求1所述的SF6氣體激光成像儀，其特征在于，所述可見(jiàn)光攝像機(jī)(10)的 出口端設(shè)置第一鏡頭(15 )，所述第一鏡頭(15 )采用電動(dòng)鏡頭。
4.如權(quán)利要求1所述的SF6氣體激光成像儀，其特征在于，所述紅外探測(cè)儀(11)的前 方設(shè)置第二鏡頭(16)，所述第二鏡頭(16)采用電動(dòng)鏡頭。
5.如權(quán)利要求1所述的SF6氣體激光成像儀，其特征在于，所述激光發(fā)射器(7)的出口 端設(shè)置散射透鏡組(13)。
6.如權(quán)利要求5所述的SF6氣體激光成像儀，其特征在于，所述散射透鏡組(13)入口 端設(shè)置濾光片(12)，散射透鏡組(13)出口端設(shè)置第三鏡頭(17)，所述第三鏡頭(17)選用防 水防塵鏡頭。
7.如權(quán)利要求1所述的SF6氣體激光成像儀，其特征在于，所述控制單元(1)采用ARM 微處理器。
8.如權(quán)利要求1所述的SF6氣體激光成像儀，其特征在于，所述激光發(fā)射器(7)采用(X)2 激光發(fā)射器。
9.如權(quán)利要求1所述的SF6氣體激光成像儀，其特征在于，所述系統(tǒng)電源(8)采用便攜 式蓄電池。
10.如權(quán)利要求1所述的SF6氣體激光成像儀，其特征在于，所述紅外探測(cè)器(11)為非 制冷型多晶硅紅外成像儀器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種SF6氣體激光成像儀，屬于設(shè)備安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，包括控制單元、系統(tǒng)電源和可見(jiàn)光攝像機(jī)、觸摸液晶顯示器、FPGA、激光調(diào)控電源、可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外探測(cè)儀和激光探頭；控制單元連接觸摸液晶顯示器、FPGA和激光調(diào)控電源，控制單元和FPGA分別與紅外探測(cè)儀相連；激光發(fā)射器與激光調(diào)控電源、激光源相連；系統(tǒng)電源連接控制單元、FPGA、A/D轉(zhuǎn)化電路、激光源、激光調(diào)控電源、可見(jiàn)光攝像機(jī)、紅外探測(cè)儀和激光探頭。本儀器操作簡(jiǎn)單，能準(zhǔn)確探測(cè)微量SF6氣體位置。有電動(dòng)對(duì)焦特性，可實(shí)時(shí)根據(jù)距離變化觀察到清晰的圖像；激光探頭精確定位激光檢測(cè)區(qū)域，降低了檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約時(shí)間、提高了經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)G01J5/00GK201903502SQ20102064016
公開(kāi)日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者李偉, 杜曉兵, 王豐飛, 顏鵬 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)