一種新型SF6泄漏檢測儀的設計

李莎

(陜西工商職業學院工程管理系，陜西西安 710119)

0 引言

SF6氣體是無色、無嗅、不燃、無毒的惰性氣體，具有優良的絕緣性能，且不會老化變質。它的密度約為空氣的5倍。SF6氣體作為電氣設備絕緣或滅弧的理想材料。并且由于具有運行安全可靠、維護工作量少、占地面積小的優點得到了極其廣泛的應用［1-2］。但是SF6氣體由于具有無色、無嗅以及基本無毒的特點，因此無法用感覺器官去查看它，當SF6氣體混入空氣時，會使絕緣強度下降，對設備的安全運行及人身安全影響較大，因此對設備中SF6氣體的檢測就顯得尤其重要。

當前，傳統的檢測儀器檢測效率偏低，且涉及檢測人員人身安全。并且伴隨著SF6大量的使用，由于SF6檢測的局限性和時效性，傳統的檢測儀器已不能精確、實時、高效地定位 SF6氣體泄露位置等缺點，已不滿足應用要求［3］。為了設備的正常運行、減少設備的維護費用、保護維護人員的身體健康，開發一種高效率、高精度、便攜式的檢測SF6氣體泄露的成像儀器就顯得尤為重要。

基于上述原因本文設計了一種采用紅外線檢測技術的SF6泄漏檢測儀。

1 系統簡介

1.1 總體設計

本文采用激光發射器，紅外成像儀和可見光攝像機為檢測模塊，設計了一種高精度，高效率，便攜式的SF6泄漏檢測儀。系統地整體框架如圖1所示。

圖1 總體設計圖

由系統的整體框架可以將整個系統分為以下四個子模塊:信號采集模塊 ，信號處理與控制模塊，電源模塊，輔助模塊。

1.2 設計原理

系統原理如圖2所示。

圖2 SF6氣體激光成像儀工作原理圖

激光器單元發射的激光到達被檢測區域，返回的數據信息經信息處理后，通過液晶顯示器顯示被測區域的紅外成像。由于SF6氣體對紅外光線(波長為10.55 μm)具有強烈的吸收作用，當檢測區域存在SF6氣體時，在背景物體上反射而返回的激光經紅外探測儀單元檢測并發送到ARM，ARM對數據進行處理后，傳輸到液晶顯示器成像［4］，此時反射到檢測設備的紅外光線能量會急劇地減弱，從而使通常看不到的SF6氣體在液晶顯示器上變得清晰可見，并成黑色煙狀飄散，并且隨著氣體濃度不同，黑度也不同［5］，激光探頭可以精確地定位激光檢測區域，從而達到提高精確度與檢測功效，快速定位氣體位置的目的。

1.3 信號采集模塊

信號采集子模塊負責對泄漏區域SF6紅外圖像與普通可見光圖像兩路源信號的采集［5］，以便向后將信息傳入控制模塊及信息處理模塊對采集到的信息進行處理和顯示。

信號采集模塊主要由激光器、紅外攝像儀以及可見光攝像機組成。這里激光器選取大通公司Lasy5型激光器。

1.4 信號處理與控制模塊

該模塊主要由ARM9，FPGA芯片、觸摸顯示屏組成。負責對整個檢測儀內部各個部分進行控制以及對輸入的兩路圖形信號進行處理。

信號處理流程如圖3所示。

圖3 信號處理流程圖

ARM中移植了Linux操作系統，利用Linux系統編寫控制軟件對整個軟硬件系統進行控制。此軟件可完全由觸摸屏操作，包括激光器開關控制，激光器功率控制，激光器功率指示條，雙路圖像畫中畫控制，灰度值超過警戒值降低激光器功率，支持實時時鐘，實現按時間信息命名視頻AVI格式存儲、JPG格式存儲，可選擇實時監視和回放模式，支持SD卡存儲，在回放模式下支持六宮格顯示圖像，探測器相關功能控制，以一個功能切換鍵選擇是探測器控制還是后續圖像控制。FPAG接受紅外相機傳來的紅外視頻信息，將像信息進行壓縮，編解碼以及圖像增強的處理［6］，將處理后的信息輸出到顯示屏上以便用戶做出判斷。

針對以往紅外圖像顯示為黑白效果，可辨別性差的缺點，在FPGA圖像處理算法中加入偽彩算法，顯示效果更加良好。

1.5 電源模塊

主要是提供整個系統中各部分運行所需電源，采用鋰離子充電電池作為檢測儀的電源。

1.6 輔助模塊

輔助模塊包括:激光探頭、濾光片。本文采用激光器發出的光線為不可見光，加入可以產生可見光的激光探頭，激光探頭會再被測區域背景上顯示十字標線。在實際檢測中可以通過此標線精確的定位被測區域，能夠提高檢測效率。

考慮到實際檢測中可能有其他光線的干擾，因此在散射鏡頭組前增加濾光片，提高了設備的抗干擾能力。

2 實際監測結果與分析

實驗人員將SF6氣瓶通過閥門接到直徑為2 mm的細管上，將細管出口段固定在墻上，通過閥門將出氣量調至SF6定量分析儀能檢測到的最低值，在距離墻壁15 m的距離運用本激光SF6檢測儀進行檢測。根據檢測錄像［7］能夠清晰的看到氣體泄漏位置及溢出的氣體形狀。測試錄像截圖如圖4。

圖4 測試圖像截圖

此結果說明該激光SF6檢測儀具有高性能，遠距離，檢測精度高的特點，給設備的檢修提供了重要的依據，同時也確保了檢測人員的人身安全。

3 結語

本文設計的激光SF6檢測儀，利用高分辨率攝像機和紅外成像儀，運用激光紅外技術對SF6氣體進行檢測。檢測結果以紅外圖像和普通圖像雙路顯示，結果直觀看見，檢測精度有明顯的提高。同時運用灰度報警能夠明顯提高設備的使用壽命。

實際運行結果表明，該監測儀具有高性能、遠距離、高精度、便攜式的特點，能夠實現對高壓設備安全精確的檢測且運行可靠，工作穩定，有效提高了測量精度。

［1］高凱，李國鈺，張瑞梅，等.SF_6氣體在中高壓開關設備中的安全使用［J］.電氣應用，2009，(02):15-18.

［2］周輝，邱毓昌，仝永剛，等.N_2/SF_6混合氣體的絕緣特性［J］.高壓電器，2003，(05):13-15.

［3］邱毓昌，馮允平.SF_6/N_2混合氣體絕緣強度的計算［J］.中國電機工程學報，1993，(S1):59-64.

［4］張秋林，夏靖波，邱婧，等.基于ARM和FPGA的雙路遠程視頻監控系統設計［J］.液晶與顯示，2011，(06):780-784.

［5］杜建和.基于FPGA的高速信號采集板［J］.玉溪師范學院學報，2010，(2):39-43.

［6］周曉燕，王建明，王鋒.基于ZigBee技術的紅外線轉速檢測方案的設計［J］.電子測量技術，2009，(03):121-124.

［7］劉崧，戚小平，鐘雙英.CCD攝像機原理及應用［J］.中國有線電視，2005，(14):1417-1419.