一种基于莫尔条纹的电弧温度测量系统及方法技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种基于莫尔条纹的电弧温度测量系统，包括：沿光路依次设置的激光器、第一平凸透镜、第二平凸透镜、第一郎奇光栅、第二郎奇光栅、第三平凸透镜、光阑、第四平凸透镜和相机；以及，产生于所述第二平凸透镜和所述第一郎奇光栅之间的所述光路中的任意位置的电弧，其中，交流电弧发生系统向两个电极施加可调的电压，以使所述两个电极之间的空气间隙被击穿产生所述电弧，所述两个电极在竖直方向上相对放置。本发明专利技术实施例公开了一种基于莫尔条纹的电弧温度测量方法。本发明专利技术解决了接触式诊断法对等离子体造成干扰和光谱诊断法抗干扰能力弱的问题。法抗干扰能力弱的问题。法抗干扰能力弱的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于莫尔条纹的电弧温度测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及等离子体温度测量
，具体而言，涉及一种基于莫尔条纹的电弧温度测量系统及方法。

技术介绍

[0002]空气电弧等离子体在光伏发电系统、海上风电系统、高铁功能系统、中低压配电系统等电力场景中普遍存在，其燃烧过程往往伴随着高温、强光等物理现象，易造成电力设备绝缘损坏、电力线路烧毁等事故，甚至引发人身安全责任事故。电弧温度是描述电弧等离子体热力学状态的最重要的参数之一，通过对电弧温度水平和电弧温度分布规律的研究，可以获悉等离子体内部的物理性质，对更深层次了解电弧产生机理和预防电弧危害具有重要意义。
[0003]对于电弧等离子体，目前多使用市电和开关电源产生空气电弧，该方法产生的电弧存在电弧电流较小，燃弧现象不剧烈，电弧无法持续燃烧等问题，不利于利用产生的电弧进行进一步温度测量研究。
[0004]另外，对于使用电弧等离子体进行温度测量，目前主要分为接触式诊断法和非接触式诊断法。接触式诊断法操作简单，但由于测温传感器与等离子体直接接触，会产生一定干扰，误差较大。非接触式诊断方法主要采用光谱诊断法，这种方法存在对周围环境振动敏感，抗干扰能力弱等缺点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于莫尔条纹的电弧温度测量系统及方法，通过交流电弧发生系统的控制信号控制产生电弧，并基于产生的电弧进行非接触式温度测量，以解决接触式诊断法对等离子体造成干扰和光谱诊断法抗干扰能力弱的问题。
[0006]本专利技术实施例提供了一种基于莫尔条纹的电弧温度测量系统，所述系统包括：
[0007]沿光路依次设置的激光器、第一平凸透镜、第二平凸透镜、第一郎奇光栅、第二郎奇光栅、第三平凸透镜、光阑、第四平凸透镜和相机；以及，
[0008]产生于所述第二平凸透镜和所述第一郎奇光栅之间的所述光路中的任意位置的电弧，其中，交流电弧发生系统向两个电极施加可调的电压，以使所述两个电极之间的空气间隙被击穿产生所述电弧，所述两个电极在竖直方向上相对放置；
[0009]所述激光器产生的光束依次经过所述第一平凸透镜扩束和所述第二平凸透镜收束后变为平行光束，所述平行光束依次经过所述电弧、所述第一郎奇光栅和第二郎奇光栅后干涉产生多条莫尔条纹，所述多条莫尔条纹经过所述第三平凸透镜收束后由所述光阑滤除+1或
‑
1频谱以外的光束，滤除后的光束经过所述第四平凸透镜收束后被所述相机接收，以根据所述相机拍摄的莫尔条纹图像的畸变程度确定任意莫尔条纹所处水平位置的所述电弧的温度。
[0010]作为本专利技术进一步的改进，所述交流电弧发生系统包括电弧发生器，
[0011]所述电弧发生器包括所述两个电极以及固定所述两个电极的两个绝缘树脂工件，
[0012]每个电极的一端为圆锥状，所述两个电极的圆锥端相对放置且两个圆锥端之间的空气间隙可调，以在所述两个电极的两端施加所述可调的电压时所述空气间隙被击穿产生所述电弧，其中，所述电弧呈竖直方向的圆柱状。
[0013]作为本专利技术进一步的改进，所述交流电弧发生系统还包括：整流器、滤波器、逆变器、变压器、电阻器和信号监测器，
[0014]所述整流器将三相交流电整流为直流电，所述直流电经过所述滤波器稳压、滤波后输出至所述逆变器，所述逆变器将所述直流电逆变成电压可调的正弦交流电后输出至所述变压器的低压侧，所述变压器的高压侧串接所述电阻器和所述电弧发生器，所述信号监测器显示所述滤波器两端的电压以及所述逆变器输出的电压。
[0015]作为本专利技术进一步的改进，所述逆变器包括两个IGBT模块，每个IGBT模块包括同一条桥臂上的两个IGBT器件，所述两个IGBT模块的一端作为输出端，分别连接至所述直流电的正极和负极，所述两个IGBT模块的另一端作为输出端，分别连接至所述变压器的低压侧。
[0016]作为本专利技术进一步的改进，所述交流电弧发生系统还包括：逆变输出控制器，
[0017]所述逆变输出控制器包括控制板和IGBT驱动板，
[0018]所述控制板输出控制信号至所述IGBT驱动板，所述IGBT驱动板根据所述控制信号驱动IGBT器件按照特定频率导通与关断，所述逆变器受控于所述控制信号以根据所述控制信号实现对所述逆变器输出的电压大小的调节。
[0019]作为本专利技术进一步的改进，所述控制信号为SPWM信号，所述控制板上设有多个按键，
[0020]通过所述多个按键控制所述SPWM信号的输出以及所述SPWM信号的占空比大小，以调节所述逆变器输出的电压大小，包括：
[0021]通过复位控制按键，所述控制板输出所述SPWM信号使所述IGBT驱动板驱动全部IGBT器件关断，此时所述逆变器输出的电压为0；
[0022]通过升压控制按键，所述控制板输出所述SPWM信号以增加所述IGBT驱动板驱动IGBT器件的导通时间，使所述逆变器输出的电压增加；
[0023]通过降压控制按键，所述控制板输出所述SPWM信号以增加所述IGBT驱动板驱动IGBT器件的关断时间，使所述逆变器输出的电压减小；
[0024]其中，每按一次所述升压控制按键或所述降压控制按键，所述SPWM信号的占空比按照预定值增大一次或减小一次直至增大或减小到目标占空比，使IGBT器件的导通时间或关断时间按相同梯度变化，使所述逆变器输出电压按该梯度增大或减小。
[0025]作为本专利技术进一步的改进，所述第一郎奇光栅和所述第二郎奇光栅分别安装于两个摆角器上，调节所述两个摆角器使所述两个摆角器的倾角相同且倾斜方向不同，以使干涉产生的所述多条莫尔条纹为水平条纹。
[0026]作为本专利技术进一步的改进，所述系统还包括放置于平面上的Z轴光学升降平台和透镜支架，
[0027]所述激光器和所述相机放置于所述Z轴光学升降平台上，
[0028]所述第一平凸透镜、所述第二平凸透镜、所述第一郎奇光栅、所述第二郎奇光栅、
所述第三平凸透镜、所述光阑和所述第四平凸透镜固定于所述透镜支架上，
[0029]所述两个电极中的一个电极固定在平面上，另一个电极固定在所述Z轴光学升降平台上，所述一个电极位于所述另一个电极的下方。
[0030]本专利技术实施例还提供了一种基于莫尔条纹的电弧温度测量方法，所述方法包括：
[0031]S1，将产生电弧的两个电极置于被测对象位置处，调节光路和所述两个电极的位置，使第一郎奇光栅和第二郎奇光栅干涉产生的多条莫尔条纹以及所述两个电极同时呈现在相机的视野中，其中，所述多条莫尔条纹黑白分明且清晰可见，所述两个电极的黑影位于视野竖直方向的中央；
[0032]S2，通过交流电弧发生系统在所述两个电极的两端施加可调的电压，使所述两个电极的间隙之间的空气被击穿产生所述电弧；
[0033]S3，利用相机拍摄录像，获取莫尔条纹图像的原始图像，其中，所述电弧使所述电弧周围空气折射率改变，以产生畸变的莫尔条纹；
[0034]S4，对所述原始图像进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于莫尔条纹的电弧温度测量系统，其特征在于，所述系统包括：沿光路依次设置的激光器、第一平凸透镜、第二平凸透镜、第一郎奇光栅、第二郎奇光栅、第三平凸透镜、光阑、第四平凸透镜和相机；以及，产生于所述第二平凸透镜和所述第一郎奇光栅之间的所述光路中的任意位置的电弧，其中，交流电弧发生系统向两个电极施加可调的电压，以使所述两个电极之间的空气间隙被击穿产生所述电弧，所述两个电极在竖直方向上相对放置；所述激光器产生的光束依次经过所述第一平凸透镜扩束和所述第二平凸透镜收束后变为平行光束，所述平行光束依次经过所述电弧、所述第一郎奇光栅和第二郎奇光栅后干涉产生多条莫尔条纹，所述多条莫尔条纹经过所述第三平凸透镜收束后由所述光阑滤除+1或
‑
1频谱以外的光束，滤除后的光束经过所述第四平凸透镜收束后被所述相机接收，以根据所述相机拍摄的莫尔条纹图像的畸变程度确定任意莫尔条纹所处水平位置的所述电弧的温度。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述交流电弧发生系统包括电弧发生器，所述电弧发生器包括所述两个电极以及固定所述两个电极的两个绝缘树脂工件，每个电极的一端为圆锥状，所述两个电极的圆锥端相对放置且两个圆锥端之间的空气间隙可调，以在所述两个电极的两端施加所述可调的电压时所述空气间隙被击穿产生所述电弧，其中，所述电弧呈竖直方向的圆柱状。3.如权利要求2所述的系统，其中，所述交流电弧发生系统还包括：整流器、滤波器、逆变器、变压器、电阻器和信号监测器，所述整流器将三相交流电整流为直流电，所述直流电经过所述滤波器稳压、滤波后输出至所述逆变器，所述逆变器将所述直流电逆变成电压可调的正弦交流电后输出至所述变压器的低压侧，所述变压器的高压侧串接所述电阻器和所述电弧发生器，所述信号监测器显示所述滤波器两端的电压以及所述逆变器输出的电压。4.如权利要求3所述的系统，其中，所述逆变器包括两个IGBT模块，每个IGBT模块包括同一条桥臂上的两个IGBT器件，所述两个IGBT模块的一端作为输出端，分别连接至所述直流电的正极和负极，所述两个IGBT模块的另一端作为输出端，分别连接至所述变压器的低压侧。5.如权利要求3所述的系统，其中，所述交流电弧发生系统还包括：逆变输出控制器，所述逆变输出控制器包括控制板和IGBT驱动板，所述控制板输出控制信号至所述IGBT驱动板，所述IGBT驱动板根据所述控制信号驱动IGBT器件按照特定频率导通与关断，所述逆变器受控于所述控制信号以根据所述控制信号实现对所述逆变器输出的电压大小的调节。6.如权利要求5所述的系统，其中，所述控制信号为SPWM信号，所述控制板上设有多个按键，通过所述多个按键控制所述SPWM信号的输出以及所述SPWM信号的占空比大小，以调节所述逆变器输出的电压大小，包括：通过复位控制按键，所述控制板输出所述SPWM信号使所述IGBT驱动板驱动全部IGBT器件关断，此时所述逆变器输出的电压为0；通过升压控制按键，所述控制板输出所述SPWM信号以增加所述IGBT驱动板驱动IGBT器
件的导通时间，使所述逆变器输出的电压增加；通过降压控制按键，所述控制板输出所述SPWM信号以增加所述IGBT驱动板驱动IGBT器件的关断时间，使所述逆变器输出的电压减小；其中，每按一次所述升压控制按键或所述降压控制按键，所述SPWM信号的占空比按照预定值增大一次或减小一次直至增大或减小到目标占空比，使IGBT器件的导通时间或关断时...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆，袁涛，周桐，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：