基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法及系统，方法包括：在线循环采样变压器油并进行预处理；根据油样关于第一激光的光透率计算油样颗粒物浓度值，根据浓度值判断采用光强时域自相关检测模式或光强时域互相关检测模式：光强时域自相关模式，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号进行自相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；光强时域互相关模式，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号以及第二激光照射油样产生的第二散射光信号进行互相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；将平均粒径输入粒径分布反演回归网络中，得到油样颗粒物的粒度分布曲线。本发明专利技术根据变压器油的颗粒物浓度灵活选择检测模式，检测精度高。检测精度高。检测精度高。

【技术实现步骤摘要】
基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法及系统


[0001]本专利技术涉及微小颗粒检测
，更具体地，涉及一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法及系统。

技术介绍

[0002]颗粒度也称颗粒污染度，是指绝缘油单位体积内含有不同粒径颗粒杂质的数目。该指标反映了绝缘油颗粒杂质的粒径和数量，是绝缘油中颗粒数的客观量度，直接反映了绝缘油颗粒污染程度。绝缘油是变压器中的重要元件,在变压器运行中起到灭弧、冷却和绝缘作用，其绝缘性能越来越受到重视，而油中颗粒会影响变压器油的绝缘特性，因此准确地测定变压器油的颗粒度具有重要意义。
[0003]光的散射是指光通过不均匀介质时一部分光偏离原方向传播的现象，偏离原方向的光叫做散射光。光强时域自相关法是将一束激光照射到介质上，通过接收散射光信息实现对待测样品粒径分布的测量，具有可实现非接触测量、测量范围宽、测量对象广、快速且准确的特点。激光穿过介质时会发生散射，一部分光改变原有路径向其他方向传输，在该方向放置监测器接收散射光信号。介质中分子在不停地做布朗运动，会向各个不同的方向运动，导致各分子的散射光到达监测器会发生相干加强或相干减弱，检测出的光强就会随时间发生波动，波动的速度和分子运动的速度有关。根据Stokes
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Einstein方程，不同粒径的分子做布朗运动时，粒径较大的分子运动速率较慢，粒径较小的分子运动速率较快，因此通过检测波动的快慢就能判断粒径的大小。监测器接收到的散射光强度信号送入数字相关器进行自相关计算，计算结果使用基于神经网络的变压器油颗粒粒径分布反演算法分析得到颗粒群粒度分布信息。
[0004]目前检测变压器油粒度的方法有很多，适合在线检测的方法主要有光阻法和图像法。这两种方法适合检测几十到几百微米的微粒，但很难检测亚微米级的颗粒，因此由于上述方法不能测量小粒径颗粒的缺点，难以提升颗粒检测精度，从而难以提升对变压器性能的检测与分析精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法及系统，其可以实时检测变压器中绝缘油的绝缘性能，根据变压器油的颗粒物浓度灵活选择检测模式，对变压器油的检测精度高，可适用于检测亚微米级微粒的粒径分布。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法，包括：在线循环采样变压器油并进行预处理；根据油样关于第一激光的光透率计算油样颗粒物的浓度值，根据油样颗粒物的浓度值判断采用光强时域自相关检测模式或光强时域互相关检测模式；
当采用光强时域自相关模式时，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号进行自相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；当采用光强时域互相关模式时，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号以及第二激光照射油样产生的第二散射光信号进行互相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；将所述平均粒径输入已训练好的粒径分布反演回归网络中，得到油样颗粒物的粒度分布曲线。
[0007]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以作出如下改进。
[0008]可选的，对采样的变压器油进行预处理，包括：调节油样的油压，使得油样的油压稳定；和/或，检测油样的温度值，将温度检测值与温度阈值相比较，根据比较结果调节变压器油的实时温度，使得所述实时温度保持在温度阈值范围内。
[0009]可选的，所述根据油样关于第一激光的光透率计算油样颗粒物的浓度值，根据油样颗粒物的浓度值判断采用光强时域自相关检测模式或光强时域互相关检测模式；包括：开启第一激光，检测第一激光经过油样后的光透过率，根据光透过率以及光强的衰减公式计算出油样的吸收系数，根据吸收系数推断样品颗粒物浓度；将样品颗粒物浓度与浓度阈值相比较：当样品颗粒物浓度小于浓度阈值时，判定采用光强时域自相关检测模式，检测第一激光照射油样产生的第一散射光信号；当样品颗粒物浓度不小于浓度阈值时，判定采用光强时域互相关检测模式，开启第二激光，所述第二激光与第一激光的波长不同；检测第一激光照射油样产生的第一散射光信号以及第二激光照射油样产生的第二散射光信号。
[0010]可选的，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号进行自相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；通过以下计算式实现：
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（1），
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（2），其中，式（1）表示对于多分散颗粒系，其归一化的电场自相关函数为所有散射颗粒的贡献；式（2）表示颗粒粒度与散射谱线线宽的关系；τ为延迟时间；E
s
(0)及E
s
(τ)分别为0及τ时刻的第一散射光信号对应的电场强度；<>表示对一段时间的平均值，G(Г)为归一化的线宽分布函数，Г为散射谱的线宽；q为第一散射光矢量的模，K
B
为玻尔兹曼常数，T为胶体的热力学温度，η为分散介质的动力黏度，D为颗粒粒度。
[0011]可选的，所述根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号以及第二激光照射油样产生的第二散射光信号进行互相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；通过以下计算式实现：
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（3），
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（4），其中，q为波矢，I1(q)为第一散射光的光强，I2(q)为第二散射光的光强，I1(q,0)为0时刻的第一散射光强，I2(q,τ)为时刻的第二散射光强；β称为相干性因数，包含了对于时间相干性和空间相干性的度量；β
0V
是重叠因子，允许每个探测器探测的散射体积略有不同；β
MS
由单次散射与多次散射的比值决定；θ为散射角，λ为光波长；式（3）表示归一化第一散射光强与第二散射光强的互相关函数；式（4）表示波矢q与散射角θ以及光波长λ的关系。
[0012]根据本专利技术的第二方面，提供一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析系统，包括：包括：样品输送单元、样品池、粒径分布散射测量单元及样品预处理单元；所述样品输送单元，用于在线循环采样变压器油并输送到样品池中；所述预处理单元，用于将样品池中的油样进行预处理，使其处于恒温恒压状态；所述粒径分布散射测量单元，用于发出第一激光，根据油样关于第一激光的光透率计算油样颗粒物的浓度值，并根据油样颗粒物的浓度值判断采用光强时域自相关检测模式或光强时域互相关检测模式；当采用光强时域自相关模式时，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号进行自相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；当采用光强时域互相关模式时，还用于发出第二激光，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号以及第二激光照射油样产生的第二散射光信号进行互相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；还用于将所述平均粒径输入已训练好的粒径分布反演回归网络中，得到油样颗粒物的粒度分布曲线。
[0013]可选的，所述样品输送单元包括依次连通的蠕动泵、流量计和U形管，所述蠕动泵的输入端连通变压器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法，其特征在于，包括：在线循环采样变压器油并进行预处理；根据油样关于第一激光的光透率计算油样油样颗粒物的浓度值，根据油样颗粒物的浓度值判断采用光强时域自相关检测模式或光强时域互相关检测模式；当采用光强时域自相关模式时，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号进行自相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；当采用光强时域互相关模式时，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号以及第二激光照射油样产生的第二散射光信号进行互相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；将所述平均粒径输入已训练好的粒径分布反演回归网络中，得到油样颗粒物的粒度分布曲线。2.根据权利要求1所述的一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法，其特征在于，对采样的变压器油进行预处理，包括：调节油样的油压，使得油样的油压稳定；和/或，检测油样的温度值，将温度检测值与温度阈值相比较，根据比较结果调节变压器油的实时温度，使得所述实时温度保持在温度阈值范围内。3.根据权利要求1所述的一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法，其特征在于，所述根据油样关于第一激光的光透率计算油样颗粒物的浓度值，根据油样颗粒物的浓度值判断采用光强时域自相关检测模式或光强时域互相关检测模式；包括：开启第一激光，检测第一激光经过油样后的光透过率，根据光透过率以及光强的衰减公式计算出油样的吸收系数，根据吸收系数推断样品颗粒物浓度；将样品颗粒物浓度与浓度阈值相比较：当样品颗粒物的浓度小于浓度阈值时，判定采用光强时域自相关检测模式，检测第一激光照射油样产生的第一散射光信号；当样品颗粒物浓度不小于浓度阈值时，判定采用光强时域互相关检测模式，开启第二激光，所述第二激光与第一激光的波长不同；检测第一激光照射油样产生的第一散射光信号以及第二激光照射油样产生的第二散射光信号。4.根据权利要求1~3任一项所述的一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法，其特征在于，根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号进行自相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；通过以下计算式实现：
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（1），
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（2），其中，式（1）表示对于多分散颗粒系，其归一化的电场自相关函数为所有散射颗粒的贡献；式（2）表示颗粒粒度与散射谱线线宽的关系；τ为延迟时间；E
s
(0)及E
s
(τ)分别为0及τ时刻的第一散射光信号对应的电场强度；<>表示对一段时间的平均值，G(Г)为归一化的线宽分布函数，Г为散射谱的线宽；q为第一散射光矢量的模，K
B
为玻尔兹曼常数，T为胶体的热力学温度，η为分散介质的动力黏度，D为颗粒粒度。5.根据权利要求4所述的一种基于光强时域特性的变压器油颗粒度在线分析方法，其
特征在于，所述根据第一激光照射油样产生的第一散射光信号以及第二激光照射油样产生的第二散射光信号进行互相关计算，得到油样颗粒物的平均粒径；通过以下计算式实现：
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（3），
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（4），其中，q为波矢，I1(q)为第一散射光的光强，I2(q)为第二散射光的光强，I1(q,0)为0时刻的第一散射光强，I2(q,τ)为τ时刻的第二散射光强；β称为相干性因数，包含了对于时间相干性和空间相干性的度量；β
0V
是重叠因子，允许每个探测器探测的散射体积略有不同；β
MS
由单次散射与多次...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈应林，陈勉舟，代洁，张沙沙，夏治武，熊煜，
申请(专利权)人：武汉格蓝若智能技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：