一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，屬于糠醛含量檢測裝置。紅外光源與球面反射鏡固定連接，斬光器放置于紅外光源的正前方，光聲腔安裝在斬光器的正前方，注油閥固定在光聲腔的正上方靠近出射窗的位置，微音器安裝在光聲腔的正下方的中心位置，激光功率計位于光聲腔的正前方，且激光功率計的光學感受器中心位置與光聲腔的出射窗的中心位置對準，微音器和激光功率計的信號輸出端子與鎖相放大器相連接，鎖相放大器的輸出端子與信號采集處理模塊相連接。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)新穎，能方便地實現(xiàn)變壓器油中溶解糠醛含量的快速、靈敏檢測，體積小巧，操作方便。
【專利說明】一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電力工程【技術(shù)領(lǐng)域】的變壓器油中溶解的糠醛含量檢測裝置，具體涉及一種基于光聲光譜原理的糠醛含量檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)用絕緣紙普遍應(yīng)用于變壓器的油紙絕緣系統(tǒng)中，以絕緣油和紙板作為主要的結(jié)構(gòu)型式作為變壓器的主絕緣，采取薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)把油隙分割得很細、電場很均勻，油填充了紙中薄弱點的空氣隙，紙在油中起屏蔽作用，故總體耐電強度很高，間隙的擊穿強度可大大提高。
[0003]糠醛，學名呋喃甲醛，分子式為C5H4O2,是呋喃環(huán)系最重要的衍生物，有杏仁樣氣味。電力變壓器的絕緣紙屬于纖維素絕緣材料，它是由90%的α-纖維素，10%的半纖維素及極少址的木素等構(gòu)成。紙絕緣在熱作用下會發(fā)生裂解反應(yīng)，溫度升高時反應(yīng)加速，水解和氧化的作用還會使絕緣材料劇烈分解。變壓器油中的呋喃甲醛是變壓器絕緣紙的纖維素受高溫、水分、氧氣等作用后裂解的產(chǎn)物，而非變壓器油裂解生成的。變壓器是電力系統(tǒng)最重要的電力設(shè)備之一，它的安全穩(wěn)定運行與其絕緣系統(tǒng)有直接關(guān)系，絕緣紙則是變壓器絕緣系統(tǒng)中重要的構(gòu)成部分，因此絕緣紙的老化程度是評估電力變壓器性能的重要指標。
[0004]合格的新變壓器油、變壓器內(nèi)部非纖維素絕緣材料的老化都不會產(chǎn)生呋喃甲醛，變壓器油中的呋喃甲醛是唯有在紙絕緣老化才生成的產(chǎn)物，故檢測變壓器油中糠醛的含量，可以敏感反應(yīng)變壓器紙絕緣的老化情況。
[0005]目前糠醛的檢測方法主要有液相色譜法、紅外光譜法、氣相色譜法。氣相色譜法由于樣品中大量烴類的嚴重干擾，使測定條件的選擇十分困難，樣品前處理難度很大。紅外光譜法靈敏度較低，使其的應(yīng)用存在一定的局限性。目前廣泛使用的液相色譜法又存在價格昂貴，日常維護費用高，操作手續(xù)繁瑣，要用各種填料柱，容量小，分析生物大分子和無機離子困難，流動相消耗大且有毒性的居多，檢測耗時長等缺點。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實用新型提供一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，以解決目前糠醛的檢測裝置存在的靈敏度較低、樣品前處理難度大、操作手續(xù)繁瑣、檢測耗時長的問題。
[0007]本實用新型采取的技術(shù)方案是:紅外光源與球面反射鏡固定連接，斬光器放置于紅外光源的正前方，直流電機安裝在斬光器的斬光盤的中心位置，光聲腔安裝在斬光器的正前方，且入射窗的中心位置與紅外光源對準，注油閥固定在光聲腔的正上方靠近出射窗的位置，微音器安裝在光聲腔的正下方的中心位置，激光功率計位于光聲腔的正前方，且激光功率計的光學感受器中心位置與光聲腔的出射窗的中心位置對準，所述激光功率計、光聲腔、斬光器、球面反射鏡分別通過支架與防震臺固定連接，并使光路準直，微音器和激光功率計的信號輸出端子與鎖相放大器相連接，鎖相放大器的輸出端子與信號采集處理模塊相連接，電源模塊與信號采集處理顯示模塊、微音器、激光功率計、紅外光源、斬光器的供電端子相連接。
[0008]本實用新型一種實施方式是，紅外光源的材料為鎳鉻合金絲。
[0009]本實用新型一種實施方式是，球面反射鏡有鍍金層。
[0010]本實用新型一種實施方式是，所述光聲腔為非諧振式光聲腔，內(nèi)部為圓柱形儲油腔，在光聲腔的出射窗一側(cè)放置ZnSe玻璃片、入射窗一側(cè)放置濾光片,光聲腔的入射窗和出射窗分別通過密封圈一、密封圈二和4個緊固螺栓固定在光聲腔的左右兩端。
[0011]本實用新型一種實施方式是，光聲腔的入射窗和出射窗米用與光聲腔同質(zhì)的不銹鋼材料，并在入射窗和出射窗上分別有入射孔和出射孔。
[0012]本實用新型一種實施方式是，注油閥采用透明的鋼化玻璃材料制成。
[0013]本實用新型一種實施方式是，濾光片采用中心波長為5860±30nm的干涉濾光片。
[0014]本實用新型一種實施方式是，微音器采用樓氏電子公司的WP-23501-053型號防水、防腐蝕傳感器。
[0015]本實用新型一種實施方式是，激光功率計采用熱電堆激光功率計探頭。
[0016]本實用新型一種實施方式是，鎖相放大器由AD630乘法器和低通濾波器構(gòu)成，可以將激光功率計提供的參考信號相同頻率聲音信號的幅值提取出來。
[0017]本實用新型優(yōu)點是結(jié)構(gòu)新穎，通過利用糠醛分子吸收調(diào)制后的紅外光會產(chǎn)生同頻率振動聲波信號的原理，在固定波長紅外光照射下，利用光聲腔和微音器直接從液體油樣中提取聲音信號，經(jīng)過鎖相放大器去噪放大后，采集到信號處理模塊，并且通過顯示器顯示出來。從而方便地實現(xiàn)變壓器油中溶解糠醛含量的快速、靈敏檢測，體積小巧，操作方便，具有不消耗載氣、色譜柱等耗材、檢測靈敏度更高、檢測快速、操作方便、便于清洗和維護、抗干擾性能更好、便于在線安裝應(yīng)用等一系列優(yōu)點，且各方面的預期指標均遠高于傳統(tǒng)的基于氣相色譜、紅外光譜、液相色譜原理的糠醛含量測量裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實用新型的光聲腔結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本實用新型光聲腔的入射窗或出射窗的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是本實用新型的信號采集處理顯示模塊的電路原理框圖。

【具體實施方式】
[0022]紅外光源2與球面反射鏡I固定連接，斬光器3放置于紅外光源2的正前方，直流電機10安裝在斬光器3的斬光盤的中心位置,光聲腔5安裝在斬光器3的正前方,且入射窗6的中心位置與紅外光源2對準,注油閥4固定在光聲腔5的正上方靠近出射窗7的位置，微音器11安裝在光聲腔5的正下方的中心位置,激光功率計9位于光聲腔5的正前方，且激光功率計9的光學感受器中心位置與光聲腔5的出射窗7的中心位置對準，所述激光功率計9、光聲腔5、斬光器3、球面反射鏡I通過支架16與防震臺15固定連接，并使光路準直，微音器11和激光功率計9的信號輸出端子與鎖相放大器12相連接，鎖相放大器12的輸出端子與信號采集處理模塊13相連接，電源模塊14與信號采集處理顯示模塊13、微音器11、激光功率計9、紅外光源2、斬光器3的供電端子相連接。
[0023]本實施例中，紅外光源2的材料為鎳鉻合金絲，通電加熱到最高允許溫度100-200攝氏度，可以發(fā)射出波長范圍較寬的中遠紅外光。
[0024]本實施例中，球面反射鏡I經(jīng)過拋光處理，并鍍金，確保紅外光的反射和聚焦效率。
[0025]本實施例中，斬光器3由風扇型輪葉盤與直流電機10構(gòu)成，直流電機10通電后按照固定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，帶動風扇型輪葉盤按照一定頻率旋轉(zhuǎn)，從而將連續(xù)的紅外光斬斷為斷續(xù)的紅外光波。
[0026]本實施例中，采用的光聲腔5為非諧振式光聲腔，由尺寸為100mm*60mm*60mm的長方體不銹鋼塊加工成型，在不銹鋼塊軸心挖出一個Φ 20mm，長度為96mm的儲油腔17，并且進行拋光和鍍金處理，在光聲腔5左側(cè)15mm處,鉆一個Φ 5mm的圓孔,并且車出螺紋,便于安裝注油閥4，在光聲腔5的底部中心位置鉆一個Φ6.5mm的圓孔，并且車出螺紋，便于安裝微音器11，光聲腔5的左右兩端各挖出一個Φ30ι?πι,深度2mm的凹孔,便于放置濾光片21和ZnSe玻璃片23。光聲腔5的入射窗6和出射窗7通過密封圈19、20和4個緊固螺栓18固定在光聲腔5的左右兩端。
[0027]本實施例中，光聲腔5的入射窗6和出射窗7米用光聲腔5的同質(zhì)不銹鋼材料,鉆出Φ 1mm的入射孔22和出射孔22’。
[0028]本實施例中，注油閥4采用透明的鋼化玻璃材料制成，在完成油樣注入的功能同時，可以根據(jù)液面位置作為油樣注滿的指示器。
[0029]本實施例中，濾光片21采用中心波長為5860±30nm的干涉濾光片，尺寸為Φ 30mm,厚度 2mm。
[0030]本實施例中，ZnSe玻璃片的尺寸為Φ 30mm，厚度2mm，選用該材料玻璃片作為出射窗材料，可以最大限度的減少紅外光的功率損耗，降低誤差。
[0031]本實施例中，微音器11采用樓氏電子公司生產(chǎn)的WP-23501-053型號防水、防腐蝕傳感器，尺寸為4.0Omm x 5.59mm x 2.28mm,根據(jù)該傳感器的尺寸加工一個外徑為Φ6.5mm的不銹鋼外護套，頂端開一個Φ1_的小孔，通過環(huán)氧樹脂將該傳感器與不銹鋼外護套澆注成一體，共同構(gòu)成微音器11，從而方便微音器11與光聲腔5之間的連接。
[0032]本實施例中，激光功率計9采用高靈敏度熱電堆激光功率計探頭，探頭口徑Φ9.5mm。
[0033]本實施例中，鎖相放大器12采用AD630乘法器和低通濾波器構(gòu)成鎖相放大電路，可以將激光功率計9提供的參考信號相同頻率聲音信號的幅值提取出來。
[0034]本實施例中，信號采集處理模塊13由A/D轉(zhuǎn)換器25、DSP芯片26、存儲器24、液晶顯示器27、USB接口芯片28、數(shù)據(jù)傳輸線路29共同構(gòu)成。經(jīng)過鎖相放大器12調(diào)制后的信號，首先經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器25轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過數(shù)據(jù)傳輸線路29輸入到DSP芯片26，經(jīng)DSP芯片26采集和處理后的數(shù)據(jù)存儲在存儲器24中。與此同時，液晶顯示器27對處理后的數(shù)據(jù)進行顯示，便于實時可視化操作和顯示數(shù)據(jù)。此外，USB接口芯片28可以提供給計算機傳輸數(shù)據(jù)的USB接口。
[0035]本實施例中，電源模塊14由變壓器、整流電路等電力電子器件構(gòu)成，用于將AC220V的交流電，變換為微音器11、鎖相放大器12、斬光器3、紅外光源2可以正常工作的電壓。
[0036]本實施例中，防震臺15采用鑄鐵材料，確保平臺的水平度和震動隔離功能，降低震動對光學系統(tǒng)的影響。
[0037]工作原理:紅外光源位于光聲腔入射窗的外側(cè),經(jīng)過球面鏡反射聚焦后入射到光聲腔的窗口，入射之前需要通過斬光器將連續(xù)的紅外光變成按照一定頻率斷斷續(xù)續(xù)的方波信號。光聲腔的入射窗安裝了濾光片，將紅外光的波長進行過濾。檢測之前，首先將變壓器油樣8注入到光聲腔的儲油腔17內(nèi)，并確保注滿，當變壓器油中溶解的糠醛分子吸收到經(jīng)斬光器調(diào)制后的紅外光照射后，將產(chǎn)生同頻率振動的聲音信號，聲波信號的強度與糠醛分子的含量成比例，可以通過微音器收集該聲音信號，經(jīng)鎖相放大器提取放大后，輸入到信號采集處理模塊，通過信號處理模塊的顯示器即可顯示出變壓器油中溶解的糠醛含量的濃度，根據(jù)該濃度，可以對變壓器油紙絕緣的老化情況進行診斷。
[0038]從實施例可見本實用新型的技術(shù)效果和特點如下:
[0039]1.采用了液體中光聲光譜檢測的原理，可以直接檢測液體油樣中的糠醛濃度，可以提高測量的精度和速度；
[0040]2.采用鎳鉻合金絲作為紅外光源，成本低，且可以發(fā)射出中遠紅外光波長；
[0041]3.采用了球面鍍金的球面反射鏡，加強紅外光的強度；
[0042]4.采用了非諧振式光聲腔，體積小巧，靈敏度高；長方體不銹鋼材料軸心挖通圓柱腔體的結(jié)構(gòu)，并對腔體內(nèi)壁進行了拋光和鍍金；
[0043]5.注油閥采用鋼化玻璃材料，同時具備注油和液面指示的功能；
[0044]6.光聲腔的入射窗米用中心波長為5860±30nm的干涉濾光片；
[0045]7.光聲腔的出射窗采用ZnSe材料的玻璃片；
[0046]8.微音器采用樓氏電子公司生產(chǎn)的WP-23501-053型號防水、防腐蝕傳感器，并且配套澆注安裝外護套；
[0047]9.鎖相放大器采用AD630芯片和低通濾波器共同構(gòu)成；
[0048]10.采用防震臺降低震動對整個光學系統(tǒng)的影響；
[0049]11.該裝置具有不消耗載氣、色譜柱等耗材、檢測靈敏度更高、檢測快速、操作方便、便于清洗和維護等特點。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:紅外光源與球面反射鏡固定連接，斬光器放置于紅外光源的正前方，直流電機安裝在斬光器的斬光盤的中心位置，光聲腔安裝在斬光器的正前方，且入射窗的中心位置與紅外光源對準，注油閥固定在光聲腔的正上方靠近出射窗的位置，微音器安裝在光聲腔的正下方的中心位置，激光功率計位于光聲腔的正前方，且激光功率計的光學感受器中心位置與光聲腔的出射窗的中心位置對準，所述激光功率計、光聲腔、斬光器、球面反射鏡分別通過支架與防震臺固定連接，并使光路準直，微音器和激光功率計的信號輸出端子與鎖相放大器相連接，鎖相放大器的輸出端子與信號采集處理模塊相連接，電源模塊與信號采集處理顯示模塊、微音器、激光功率計、紅外光源、斬光器的供電端子相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:所述紅外光源的材料為鎳鉻合金絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:所述球面反射鏡有鍍金層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:所述光聲腔為非諧振式光聲腔，內(nèi)部為圓柱形儲油腔，在光聲腔的出射窗一側(cè)放置ZnSe玻璃片、入射窗一側(cè)放置濾光片，光聲腔的入射窗和出射窗分別通過密封圈一、密封圈二和4個緊固螺栓固定在光聲腔的左右兩端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:所述光聲腔的入射窗和出射窗米用與光聲腔同質(zhì)的不銹鋼材料，并在入射窗和出射窗上分別有入射孔和出射孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:所述注油閥采用透明的鋼化玻璃材料制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:所述濾光片采用中心波長為5860±30nm的干涉濾光片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:所述微音器采用樓氏電子公司的WP-23501-053型號防水、防腐蝕傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:所述激光功率計采用熱電堆激光功率計探頭。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光聲光譜原理的變壓器油中糠醛含量檢測裝置，其特征在于:所述鎖相放大器由AD630乘法器和低通濾波器構(gòu)成。
【文檔編號】G01N21/01GK204241369SQ201420618446
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】賀紹鵬, 林海丹, 司昌健 申請人:吉林省電力科學研究院有限公司, 國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司