一种新型SF6泄漏检测仪的设计

李莎

(陕西工商职业学院工程管理系，陕西西安 710119)

0 引言

SF6气体是无色、无嗅、不燃、无毒的惰性气体，具有优良的绝缘性能，且不会老化变质。它的密度约为空气的5倍。SF6气体作为电气设备绝缘或灭弧的理想材料。并且由于具有运行安全可靠、维护工作量少、占地面积小的优点得到了极其广泛的应用［1-2］。但是SF6气体由于具有无色、无嗅以及基本无毒的特点，因此无法用感觉器官去查看它，当SF6气体混入空气时，会使绝缘强度下降，对设备的安全运行及人身安全影响较大，因此对设备中SF6气体的检测就显得尤其重要。

当前，传统的检测仪器检测效率偏低，且涉及检测人员人身安全。并且伴随着SF6大量的使用，由于SF6检测的局限性和时效性，传统的检测仪器已不能精确、实时、高效地定位 SF6气体泄露位置等缺点，已不满足应用要求［3］。为了设备的正常运行、减少设备的维护费用、保护维护人员的身体健康，开发一种高效率、高精度、便携式的检测SF6气体泄露的成像仪器就显得尤为重要。

基于上述原因本文设计了一种采用红外线检测技术的SF6泄漏检测仪。

1 系统简介

1.1 总体设计

本文采用激光发射器，红外成像仪和可见光摄像机为检测模块，设计了一种高精度，高效率，便携式的SF6泄漏检测仪。系统地整体框架如图1所示。

图1 总体设计图

由系统的整体框架可以将整个系统分为以下四个子模块:信号采集模块 ，信号处理与控制模块，电源模块，辅助模块。

1.2 设计原理

系统原理如图2所示。

图2 SF6气体激光成像仪工作原理图

激光器单元发射的激光到达被检测区域，返回的数据信息经信息处理后，通过液晶显示器显示被测区域的红外成像。由于SF6气体对红外光线(波长为10.55 μm)具有强烈的吸收作用，当检测区域存在SF6气体时，在背景物体上反射而返回的激光经红外探测仪单元检测并发送到ARM，ARM对数据进行处理后，传输到液晶显示器成像［4］，此时反射到检测设备的红外光线能量会急剧地减弱，从而使通常看不到的SF6气体在液晶显示器上变得清晰可见，并成黑色烟状飘散，并且随着气体浓度不同，黑度也不同［5］，激光探头可以精确地定位激光检测区域，从而达到提高精确度与检测功效，快速定位气体位置的目的。

1.3 信号采集模块

信号采集子模块负责对泄漏区域SF6红外图像与普通可见光图像两路源信号的采集［5］，以便向后将信息传入控制模块及信息处理模块对采集到的信息进行处理和显示。

信号采集模块主要由激光器、红外摄像仪以及可见光摄像机组成。这里激光器选取大通公司Lasy5型激光器。

1.4 信号处理与控制模块

该模块主要由ARM9，FPGA芯片、触摸显示屏组成。负责对整个检测仪内部各个部分进行控制以及对输入的两路图形信号进行处理。

信号处理流程如图3所示。

图3 信号处理流程图

ARM中移植了Linux操作系统，利用Linux系统编写控制软件对整个软硬件系统进行控制。此软件可完全由触摸屏操作，包括激光器开关控制，激光器功率控制，激光器功率指示条，双路图像画中画控制，灰度值超过警戒值降低激光器功率，支持实时时钟，实现按时间信息命名视频AVI格式存储、JPG格式存储，可选择实时监视和回放模式，支持SD卡存储，在回放模式下支持六宫格显示图像，探测器相关功能控制，以一个功能切换键选择是探测器控制还是后续图像控制。FPAG接受红外相机传来的红外视频信息，将像信息进行压缩，编解码以及图像增强的处理［6］，将处理后的信息输出到显示屏上以便用户做出判断。

针对以往红外图像显示为黑白效果，可辨别性差的缺点，在FPGA图像处理算法中加入伪彩算法，显示效果更加良好。

1.5 电源模块

主要是提供整个系统中各部分运行所需电源，采用锂离子充电电池作为检测仪的电源。

1.6 辅助模块

辅助模块包括:激光探头、滤光片。本文采用激光器发出的光线为不可见光，加入可以产生可见光的激光探头，激光探头会再被测区域背景上显示十字标线。在实际检测中可以通过此标线精确的定位被测区域，能够提高检测效率。

考虑到实际检测中可能有其他光线的干扰，因此在散射镜头组前增加滤光片，提高了设备的抗干扰能力。

2 实际监测结果与分析

实验人员将SF6气瓶通过阀门接到直径为2 mm的细管上，将细管出口段固定在墙上，通过阀门将出气量调至SF6定量分析仪能检测到的最低值，在距离墙壁15 m的距离运用本激光SF6检测仪进行检测。根据检测录像［7］能够清晰的看到气体泄漏位置及溢出的气体形状。测试录像截图如图4。

图4 测试图像截图

此结果说明该激光SF6检测仪具有高性能，远距离，检测精度高的特点，给设备的检修提供了重要的依据，同时也确保了检测人员的人身安全。

3 结语

本文设计的激光SF6检测仪，利用高分辨率摄像机和红外成像仪，运用激光红外技术对SF6气体进行检测。检测结果以红外图像和普通图像双路显示，结果直观看见，检测精度有明显的提高。同时运用灰度报警能够明显提高设备的使用寿命。

实际运行结果表明，该监测仪具有高性能、远距离、高精度、便携式的特点，能够实现对高压设备安全精确的检测且运行可靠，工作稳定，有效提高了测量精度。

［1］高凯，李国钰，张瑞梅，等.SF_6气体在中高压开关设备中的安全使用［J］.电气应用，2009，(02):15-18.

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