基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法及装置制造方法及图纸

基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法及装置，利用差分吸收激光雷达技术监测封闭式组合电器（GIS）中SF6气体泄漏。装置包括电源模块、激光雷达发射模块、激光雷达接收模块、信息处理模块、显示及预警模块；电源模块用于供电；激光雷达发射模块用于依次循环发射对应波长激光脉冲束；激光雷达接收模块用于接收由GIS反射的激光脉冲，将接收的光信号转换为电信号，送到信息处理模块进行处理；信息处理模块对信号进行处理，计算得出SF6气体泄漏浓度值及泄漏点位置信息。本发明专利技术可运用于变电站、电厂中封闭式组合电器SF6气体泄漏监测；该检测方法实时性好，精度高，可实现远程大范围检测。

Six sulfur hexafluoride leakage detection method and device based on differential absorption lidar

Six sulfur hexafluoride leakage detection method and device based on differential absorption lidar, using differential absorption lidar technology to monitor SF6 gas leakage in closed combined electrical apparatus (GIS). Device comprises a power supply module, laser radar, laser radar transmitter module, receiver module, information processing module, display and warning module; power module for power supply; laser radar transmitter module for cycle emission wavelength of laser pulse beam; laser radar receiving module is used for receiving the laser pulse by GIS reflection, converts the received optical signals for telecommunications no, to the information processing module for processing; information processing module of signal processing, the leakage of SF6 concentration and the leak location information calculation. The invention can be applied to the SF6 gas leakage monitoring of the enclosed combined electric appliance in the substation and the power plant. The detection method has good real-time performance and high precision, and can realize remote large range detection.

【技术实现步骤摘要】
基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法及装置
本专利技术涉及SF6气体泄漏检测领域，更具体地说是涉及一种基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法及装置。
技术介绍
随着人们生活水平不断提高，电能已经成为日常生活中必不可少的一部分，人们对电能的要求也越来越高，不断电也是衡量电能质量重要因素之一。以SF6气体作为绝缘介质的封闭式组合电器(GIS)设备在电厂中应用非常广泛，SF6气体泄漏影响电力设备正常运行，产生严重的温室效应，并且SF6气体比较昂贵，大量泄漏会造成重大经济损失。因此SF6气体的泄漏检测具有很大实用价值。申请号为201510751649.1，公开号105424638A《一种室内GIS设备SF6气体泄漏检测方法及其装置》提出了一种基于红外热成像的SF6气体泄漏检测方法，用来检测位于室内的GIS设备SF6气体泄漏。这种检测方法只适用于近距离检测。申请号为200820028339.2，公开号201166563Y《高压SF6电气设备SF6气体状态在线监测装置》提出了一种基于气体压力、温升、湿度等信息的SF6气体泄漏判断方法，这种检测方法需要在高压电力设备中SF6气室上预先安装传感器，操作比较繁琐，且需要先经过传感器测得其他相关量，再经处理模块才能转换成SF6气体泄漏浓度值，不适合测量精度要求高的场合。上述两种方法，前者不能实现远程检测，后者检测操作繁琐、测量精度不高，均具有一定局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是，克服上述
技术介绍
的不足，提供一种基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法及装置。本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：由SF6气体吸收特性谱线图可知，在波长为10.551μm处SF6气体有一个明显的吸收峰，峰值为3.5×10–17cm2，且该峰值对应吸收带宽为从10.4μm到10.6μm频带段，频带段长度为0.2μm，吸收带宽较窄。在SF6气体吸收特性谱线中，与吸收峰值紧临的吸收谷值处的波长为10.696μm，在吸收谷值处谱线吸收值急剧下降，为1.3×10–18cm2。记λon为SF6气体吸收谱线中最大峰值的对应波长，λoff为SF6气体吸收谱线中紧临最大峰值的吸收低谷对应的波长。选取合适的波长λon和λoff，以吸收谷值处波长激光作为参考光束进行测量，可以减小大气中其它物质及装置中光学仪器对该激光波长吸收造成测量精度的影响，提高装置测量精度。SF6气体吸收峰值大，吸收峰值与吸收谷值的差值大，容易区分反射的激光脉冲对应吸收峰值处还是吸收谷值处的波长，提高装置测量精度。SF6气体吸收峰值大、带宽窄满足激光雷达对气体吸收波长和带宽要求，因此可以使用差分吸收激光雷达技术来进行SF6气体泄漏检测，利用该方法检测SF6气体泄漏的根本目标是计算出浓度光程积的值。基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法，步骤如下：(1)根据SF6气体吸收特性谱线图，选取SF6气体吸收谱线中最大峰值的对应波长值λon和SF6气体吸收谱线中紧临最大峰值的吸收低谷对应的波长值λoff；(2)激光雷达发射模块向GIS依次循环发射波长为λon和λoff的激光脉冲束；(3)激光雷达接收模块接收由GIS传输回来的反射激光脉冲，并将反射激光脉冲转换成数字电信号；(4)信息处理模块处理转换后的数字电信号，计算GIS中SF6气体浓度值及泄漏点位置信息。进一步，还可包括步骤(5)，在显示及预警模块的电子屏幕上显示计算得出的SF6气体浓度值及泄漏点位置信息，当泄漏的SF6气体浓度值超过设定阈值时，显示及预警模块的指示灯闪烁，蜂鸣器发出声响，达到报警目的。进一步，所述步骤(1)中，SF6气体吸收谱线中最大峰值的对应波长值(简称吸收峰值波长)λon选取为10.551μm，SF6气体吸收谱线中紧临最大峰值的吸收低谷对应的波长值(简称吸收谷值波长)λoff选取为10.696μm。进一步，所述步骤(4)中，信息处理模块处理转换后的数字电信号，计算GIS中SF6气体浓度值及泄漏点位置信息，具体为：通过信息处理模块转换，得到与λon和λoff分别对应的接收信号功率Pr(λon)和Pr(λoff)；由SF6气体在λon和λoff处的吸收系数以及浓度光程积的计算公式，计算GIS中SF6气体浓度光程积的值CL，再由浓度光程积的值CL以及激光器到GIS的距离R即可计算出SF6气体浓度值。通过不断向不同角度发射激光，得出不同角度下SF6气体的浓度值，浓度值越大，越靠近泄漏点，根据浓度值的不同即可判断泄漏点位置。进一步，通过信息处理模块转换，得到与相应波长值对应的接收信号功率Pr，具体计算方法如下：接收信号功率其中，Pt表示激光器发射功率，Ta表示大气透过率，ρ表示目标反射率，Dr表示激光器的接收孔径(直径)，ηt表示激光雷达发射模块的透过率，ηr表示激光雷达接收模块的透过率，R表示从激光器到GIS的距离。GIS中SF6气体浓度光程积的值CL的计算方法为：浓度光程积其中，αon表示SF6气体强吸收波长的吸收系数，αoff表示SF6气体弱吸收波长的吸收系数，Pr(λoff)表示λoff的接收信号功率，Pr(λon)表示λon的接收信号功率。GIS中SF6气体浓度值C的计算方法为：浓度值其中，CL表示SF6气体浓度光程积的值，R表示从激光器到GIS的距离。实施如前所述基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法的装置，包括电源模块、激光雷达发射模块、激光雷达接收模块、信息处理模块。所述电源模块采用锂电池，用于向激光雷达发射模块、激光雷达接收模块、信息处理模块供电；所述激光雷达发射模块用于每秒重复发射N(N≥2)(N优选20)次激光，发射包括吸收峰值波长为λon＝10.551μm和吸收谷值波长为λoff＝10.696μm的激光；所述激光雷达接收模块与信息处理模块连接；激光雷达接收模块用于接收经过GIS传回来的反射激光脉冲，将所接收的光信号转换为电信号，并送到信息处理模块进行处理；所述信息处理模块对转换后的电信号进行处理，计算GIS中SF6气体泄漏浓度值及泄漏点位置信息。基于差分吸收激光雷达的SF6泄漏检测方法的装置还包括显示及预警模块，所述信息处理模块与显示及预警模块连接。电源模块与显示及预警模块连接，通过电源模块向显示及预警模块供电。所述显示及预警模块包括电子屏幕、指示灯和蜂鸣器。通过显示及预警模块，将计算分析得出的SF6气体泄漏浓度值及泄漏点位置信息在电子屏幕上显示；并根据检测需求预先设置SF6气体泄漏浓度阈值，当SF6气体泄漏浓度值超过阈值时，指示灯闪烁，蜂鸣器发出声响，达到报警目的。不失一般性地，本专利技术中显示及预警模块的电子屏幕采用LED电子屏，蜂鸣器采用型号为TE-HPA17B-HB的蜂鸣器，指示灯采用普通发光二极管，用以达到报警目的。进一步，所述基于差分吸收激光雷达的SF6气体泄漏检测装置中，激光雷达发射模块包括发射控制模块、激光调谐控制模块、激光器；发射控制模块与激光调谐控制模块连接，所述发射控制模块根据需求进行唤醒和相关参数配置，使激光调谐控制模块做好发射相应波长的激光脉冲束的准备；所述激光调谐控制模块与激光器连接；激光调谐控制用于调制产生对应波长为λon和λoff的激光脉冲束；所述激光器用于向GIS发射由激光调谐控制模块调谐好的激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据SF6气体吸收特性谱线图，选取SF6气体吸收谱线中最大峰值的对应波长值λon和SF6气体吸收谱线中紧临最大峰值的吸收低谷对应的波长值λoff；(2)激光雷达发射模块向GIS依次循环发射波长为λon和λoff的激光脉冲束；(3)激光雷达接收模块接收由GIS传输回来的反射激光脉冲，并将反射激光脉冲转换成数字电信号；(4)信息处理模块处理转换后的数字电信号，计算GIS中SF6气体浓度值及泄漏点位置信息。

【技术特征摘要】
1.基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)根据SF6气体吸收特性谱线图，选取SF6气体吸收谱线中最大峰值的对应波长值λon和SF6气体吸收谱线中紧临最大峰值的吸收低谷对应的波长值λoff；(2)激光雷达发射模块向GIS依次循环发射波长为λon和λoff的激光脉冲束；(3)激光雷达接收模块接收由GIS传输回来的反射激光脉冲，并将反射激光脉冲转换成数字电信号；(4)信息处理模块处理转换后的数字电信号，计算GIS中SF6气体浓度值及泄漏点位置信息。2.根据权利要求1所述的基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法，其特征在于，还包括步骤(5)，在显示及预警模块的电子屏幕上显示计算得出的SF6气体浓度值及泄漏点位置信息，当泄漏的SF6气体浓度值超过设定阈值时，显示及预警模块的指示灯闪烁，蜂鸣器发出声响，达到报警目的。3.根据权利要求1或2所述的基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中，SF6气体吸收谱线中最大峰值的对应波长值λon选取为10.551μm，SF6气体吸收谱线中紧临最大峰值的吸收低谷对应的波长值λoff选取为10.696μm。4.根据权利要求1或2所述的基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中，信息处理模块处理转换后的数字电信号，计算GIS中SF6气体浓度值及泄漏点位置信息，具体为：通过信息处理模块转换，得到与λon和λoff分别对应的接收信号功率Pr(λon)和Pr(λoff)；由SF6气体在λon和λoff处的吸收系数以及浓度光程积的计算公式，计算GIS中SF6气体浓度光程积的值CL，再由浓度光程积的值CL以及激光器到GIS的距离R即可计算出SF6气体浓度值；通过不断向不同角度发射激光，得出不同角度下SF6气体的浓度值，浓度值越大，越靠近泄漏点，根据浓度值的不同即可判断泄漏点位置。5.根据权利要求4所述的基于差分吸收激光雷达的六氟化硫泄漏检测方法，其特征在于，通过信息处理模块转换，得到与相应波长值对应的接收信号功率Pr，具体计算方法如下：接收信号功率其中，Pt表示激光器发射功率，Ta表示大气透过率，ρ表示目标反射率，Dr表示激光器的接收孔径(直径)，ηt表示激光雷达发射模块的透过率，ηr表示激光雷达接收模块的透过率，R表示从激光器到GIS的距离；GIS中SF6气体浓度光程积的值CL的计算方法为：浓度光程积其中，αon表示SF6气体强吸收波长的吸收系数，αoff表示SF6气体弱吸收波长的吸收系数，Pr(λoff)表示λoff的接收信号功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，苏蓓蕾，陶琳，陈张辉，佐磊，张剑，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34