一種基于超聲波檢測的六氟化硫氣體濃度檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及六氟化硫濃度檢測技術(shù)領域，尤其涉及一種基于超聲波檢測的六氟化 硫氣體濃度檢測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] SF6氣體以其優(yōu)異的絕緣和滅弧特性，在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應用。但在電力 設備運行過程中SF 6氣體泄漏會對人體造成傷害，因此準確檢測SF6氣體濃度是電力設備安 全可靠運行的保障。
[0003] 世界范圍內(nèi)對六氟化硫的檢測有氣相色譜法、導熱系數(shù)法、電子漂移法、光干涉 法、高壓放電法、紅外線吸收法、電化學法、熱導法，超聲法等。但氣相色譜法、導熱系數(shù)法、 電子漂移法、光干涉法不僅需要昂貴的儀器設備，而且要求操作者具有相當高的操作水平， 阻礙了其在GIS室內(nèi)六氟化硫泄漏檢測領域的推廣。而高壓放電法、紅外線吸收法、電化學 法熱導法等雖然能夠構(gòu)成系統(tǒng)進行檢測，但不同程度存在壽命短、穩(wěn)定性差、有二次污染或 檢測精度低或無核心技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)等不足。超聲法是利用超聲在不同介質(zhì)中具有不同傳 播速度的特性來檢測六氟化硫的含量，精度高，穩(wěn)定性好，并且不存在二次污染。而且容易 實現(xiàn)系統(tǒng)的在線實時測量，適合在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中使用。
[0004] 目前，現(xiàn)有的超聲法六氟化硫氣體濃度監(jiān)測系統(tǒng)及檢測方法存在如下不足：
[0005] 首先，在實際生產(chǎn)制作過程中所需的參數(shù)的計算、確認條件在工程上無法提供相 應的參數(shù)，如理論中參數(shù)計算需提供兩個不同溫度環(huán)境，轉(zhuǎn)化實際產(chǎn)品時這種環(huán)境無法穩(wěn) 定提供。
[0006] 其次，現(xiàn)有方法忽略了生產(chǎn)產(chǎn)品當中的人為誤差存在，比如：傳感器安裝存在差 異，若用此方法一次性固化參數(shù)這種人為差異無法去除，若單個產(chǎn)品單獨測試固化參數(shù)，第 一測試環(huán)境無法提供，第二大大增加產(chǎn)品生產(chǎn)時間；而這種誤差會直接導致最終結(jié)果的偏 差巨大。
[0007] 再次，現(xiàn)有設備需提供兩個超聲波通道進行對比，一個檢驗通道，一個對比通道， 對比通道需要密封，設備繁瑣且無法保證對比通道的可靠性。
[0008] 最后，因為實際生產(chǎn)中采用傳感器不同，傳感器自身誤差也不同，現(xiàn)有方法無法去 除此誤差，如傳感器安裝間距若達到一定長達，接收部分接收的能量很弱，弱到丟失檢測最 初多個信號，在丟失這種信號的情況下此方法計算出的參數(shù)是錯值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于超聲波檢測的六氟 化硫氣體濃度檢測系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法消除產(chǎn)品轉(zhuǎn)化中人為因素、硬件因素等導致 的測量誤差，得到精準的六氟化硫氣體濃度檢測結(jié)果。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0011] -種基于超聲波檢測的六氟化硫氣體濃度檢測系統(tǒng)，包括：SF6i控裝置、電源轉(zhuǎn) 換模塊、若干SFjP O 2濃度檢測模塊以及風機控制模塊；
[0012] 所述SF6I控裝置通過通訊總線分別與SF 6和0 2濃度檢測模塊和風機控制模塊連 接；電源轉(zhuǎn)換模塊通過電源總線分別與SF#P O2濃度檢測模塊和風機控制模塊連接，所述 SF6監(jiān)控裝置上設有控制面板。
[0013] 所述SF6監(jiān)控裝置包括：微控制器以及與微控制器連接的語音模塊、紅外探測器、 報警模塊以及通訊接口；所述紅外探測器檢測到人員經(jīng)過時，啟動語音模塊進行語音提示。
[0014] 所述SF6監(jiān)控裝置的控制面板上分別設有顯示屏、指示燈、操作按鍵、風機強制啟 動按鍵以及語音輸出裝置；所述SF 6監(jiān)控裝置通過通訊接口分別與上位機和顯示屏連接。
[0015] 所述SFjPO2濃度檢測模塊包括：單片機、超聲波檢測電路、氧氣檢測電路、濕度檢 測電路、溫度檢測電路和通信模塊；所述超聲波檢測電路、氧氣檢測電路、濕度檢測電路、溫 度檢測電路和通信模塊分別與單片機連接；所述通信模塊通過通訊總線與SF 6監(jiān)控裝置連 接。
[0016] 所述超聲波檢測電路包括：超聲波發(fā)出電路和超聲波接收電路；在超聲波發(fā)出電 路和超聲波接收電路的超聲波探頭之間用帶有進氣孔的絕緣管連接；
[0017] 所述超聲波發(fā)出電路和超聲波接收電路分別與單片機連接；單片機發(fā)出固定頻率 脈沖，由超聲波發(fā)出電路轉(zhuǎn)換成超聲波，超聲波經(jīng)過檢測介質(zhì)被超聲波接收電路檢測到，并 轉(zhuǎn)換成脈沖信號傳給單片機。
[0018] 所述若干SFjP 0 2濃度檢測模塊之間通過級聯(lián)的方式連接。
[0019] -種基于超聲波檢測的六氟化硫氣體濃度檢測方法，包括以下步驟：
[0020] (1)進行超聲波誤差計算實驗，考慮超聲波誤差計算過程中丟失信號波的個數(shù)n， 計算實際超聲波聲程L及實際誤差％參數(shù)；
[0021] (2)將上述兩個參數(shù)進行固化；
[0022] (3)產(chǎn)生方波，開始計時，判斷是否捕獲到超聲波接收裝置的觸發(fā)信號，如果是，停 止產(chǎn)生方波，讀取計時值i，并保存到數(shù)組Timer [i];否則，重新開始計時；
[0023] (4)判斷計時值i是否超過最大設定值，如果是，對數(shù)組Timer[i]的數(shù)據(jù)進行濾波 處理，并求取超聲波經(jīng)過檢測介質(zhì)的時間t。;否則，返回步驟（4)重新開始計時；
[0024] (5)判斷是否需要進行定標補償，如果是，計算補償聲程值L"，確定當前環(huán)境六氟 化硫氣體濃度標定值，計算當前環(huán)境下六氟化硫氣體濃度值；否則，直接根據(jù)固化參數(shù)計算 六氟化硫氣體濃度值。
[0025] 所述步驟（1)的具體方法為：
[0026] 1)產(chǎn)生方波，開始計時；
[0027] 2)超聲波接收裝置接收到超聲波信號時，結(jié)束計時，停止方波產(chǎn)生；
[0028] 3)讀取計時時間tx以及當前環(huán)境溫度T，計算當前溫度下空氣中聲速C，并保存；
[0029] 4)測量聲程L1，測量硬件電路誤差U以及軟件誤差t
[0030] 5)根據(jù)聲程、測量時間、聲速及誤差關系公式：
[0033] 確定丟失聲波個數(shù)n，并保存此值；
[0034] 其中，L為測量聲程，C為當前溫度下聲速，t為測量時間，％為總誤差，t &為超聲 波探頭誤差時間，Tsf6為超聲波頻率的周期時間；
[0035] 6)讀取計時時間L以及當前環(huán)境溫度T i，并保存；
[0036] 7)改變環(huán)境溫度，重新讀取計時時間t2以及當前環(huán)境溫度T 2，并保存；
[0037] 8)根據(jù)聲程、測量時間、聲速及誤差關系公式：
[0038]
[0039] 最終得到超聲波實際聲程L及實際誤差％參數(shù)；
[0040] 其中，L為實際聲程，C為當前溫度下聲速，t為測量時間，％為總誤差，tn為丟失 超聲波信號的時間。
[0041 ] 確定丟失聲波個數(shù)η的具體方法為：
[0042] 根據(jù)公式：
[0045] 根據(jù)上述公式，結(jié)合0彡te3< T ，能夠同時得到超聲波探頭誤差時間te3和丟失 聲波個數(shù)η。
[0046] 所述步驟（5)的具體方法為：
[0047] 假設當前環(huán)境下六氟化硫氣體濃度為0,計算此時的聲程補償值L"，根據(jù)所述聲 程補償值L"計算當前環(huán)境下的六氟化硫氣體濃度標定值；在標定值的基礎上，根據(jù)步驟 (1)中求取的實際超聲波聲程L及實際誤差％參數(shù)，確定當前環(huán)境下的六氟化硫氣體濃度 值。
[0048] 本發(fā)明的有益效果是：
[0049] 本發(fā)明檢測系統(tǒng)即可以檢測六氟化硫氣體的濃度，又可檢測環(huán)境中氧氣的含量； 通信有顯示燈可直觀顯示通信鏈路完好性。雙路電源級聯(lián)設計，雙路通信級聯(lián)設計，方便裝 置之間級聯(lián)，節(jié)省線材用料。
[0050] 本發(fā)明檢測方法避免了測量過程