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    重庆时时彩是违法的吗: 一种基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统.pdf

    关 键 词:
    一种 基于 微米 尺度 传感器 金属 蒸气 浓度 检测 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410189119.8

    申请日:

    2014.05.06

    公开号:

    CN103941185A

    公开日:

    2014.07.23

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/327申请日:20140506|||公开
    IPC分类号: G01R31/327 主分类号: G01R31/327
    申请人: 西安交通大学
    发明人: 王小华; 付钰伟; 荣命哲; 刘定新; 杨爱军; 汪溟
    地址: 710049 陕西省西安市咸宁西路28号
    优先权:
    专利代理机构: 北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙) 11350 代理人: 汤东凤;张波涛
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410189119.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.01.18|||2014.08.20|||2014.07.23

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统,包括:微米尺度传感器、信号转换???、信号放大???、以及信号采集???,其中:所述微米尺度传感器通过电极放电将被测气体浓度转换为电流信号,并输出至信号转换???;所述信号转换??榘ǜ呔茉怂惴糯笃?,利用高精密运算放大器将所述电流信号转换为电压信号,并输出至信号放大???;所述信号放大??榘ㄒ潜矸糯笃?,利用所述仪表放大器对所述电压信号进行放大,并输出至信号采集???;所述信号采集??槭迪侄运龅缪剐藕诺穆瞬ê筒杉?,并进行输出。本检测系统能够检测微型传感器发出的电流信号,并最终实现铜金属蒸气浓度的精确测量。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统,包括:微米尺度传感器、信号转换???、信号放大???、以及信号采集???,其中:
    所述微米尺度传感器通过电极放电将被测气体浓度转换为电流信号,并输出至信号转换???;
    所述信号转换??榘ǜ呔茉怂惴糯笃?,利用高精密运算放大器将所述电流信号转换为电压信号,并输出至信号放大???;
    所述信号放大??榘ㄒ潜矸糯笃?,利用所述仪表放大器对所述电压信号进行放大,并输出至信号采集???;
    所述信号采集??槭迪侄运龅缪剐藕诺穆瞬?、采集和输出。

    2.  根据权利要求1所述的铜金属蒸气浓度检测系统,其特征在于:
    优选的,所述微米尺度传感器安装在断路器灭弧室内壁,并带有电磁屏蔽罩。

    3.  根据权利要求2所述的铜金属蒸气浓度检测系统,其特征在于:
    所述微米尺度传感器的安装位置不宜太靠近喷口。

    4.  根据权利要求3所述的铜金属蒸气浓度检测系统,其特征在于:
    所述电磁屏蔽罩的材料根据所干扰电磁场的频率进行选择。

    5.  根据权利要求1-4所述的铜金属蒸气浓度检测系统,其特征在于:
    所述信号转换???、信号放大??橐约靶藕挪杉?橥獠刻子械绱牌帘握?,安装在断路器之外。

    6.  根据权利要求5所述的铜金属蒸气浓度检测系统,其特征在 于:
    所述微米尺度传感器的电流信号采用BNC接头引出,通过屏蔽电缆输出电流信号。

    7.  根据权利要求5所述的铜金属蒸气浓度检测系统,其特征在于:
    所述屏蔽电缆在灭弧室接口处密封处理。

    8.  根据权利要求5所述的铜金属蒸气浓度检测系统,其特征在于:
    所述高精密运算放大器应用在信号转换??橹?,实现电流-电压信号转换,其选择条件如下:pA级偏置电流、低于mV级的输入和输出失调电压、pF级共模输入电容和60-100dB以上共模抑制比。

    9.  根据权利要求5所述的铜金属蒸气浓度检测系统,其特征在于:
    所述仪表放大器应用在信号放大??橹?,实现电压的信号的放大,其选择条件如下:70-100dB以上共模抑制比、1000Ω左右的输入阻抗、输入端的输入噪声低于10nv/Hz、线性误差低于0.0001%、输入和输出失调电压分别低于100μV和2mV。

    10.  根据权利要求5所述的铜金属蒸气浓度检测系统,其特征在于:
    所述信号采集??榛贏RM微控制器实现所述电压信号的滤波、采集和输出。

    说明书

    说明书一种基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统
    技术领域
    本发明涉及电器设备电寿命监控领域,特别的,涉及一种基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统。
    背景技术
    在电力系统中,断路器是开关电气中最重要的设备之一,其性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。实践表明,断路器的电寿命是断路器寿命诊断的重要参数。但是,目前高压SF6断路器的电寿命特性研究仅有基于N-Ib曲线、能量累积法等少数大致估算的方法。
    现有的电寿命监测方法主要依赖于断路器开断电流参数,如累积能量法,是通过累积一定时间内断路器触头两端流过的电流而获得的能量,将该能量乘以系数后对应于断路器的电寿命。该方法完全没有考虑流过触头两端的电流与断路器触头烧蚀之间的复杂关系,也未考虑流过触头的能量到底有多少用于触头的烧蚀,因此所得的结果非常粗略,难以实际应用。
    研究表明,影响电寿命的主要因素是电磨损,包括灭弧室、灭弧介质、触头三方面,起决定性作用的是触头的电磨损。伴随电弧的燃烧过程,触头烧蚀产生大量金属蒸气,长期存在于灭弧室内。因此,金属蒸气的含量与触头的烧蚀程度及断路器的电寿命密切相关,是诊断断路器电寿命的关键特征量。
    近年来,随着碳纳米管技术的飞跃发展,碳纳米管传感器以其独特的优势已逐步应用到高压GIS局部放电的监测,使其具备了应用到高压SF6断路器电寿命监测的可能性。利用微米尺度传感器监测铜金属浓度来反应断路器的电寿命具有一定可行性,但传感器微小信号的检测与信号处理技术是铜金属蒸气浓度实时监测的关键。因此,如何 能够基于微米尺度传感器监测对该传感器获得的信号进行检测和信号处理,从而使得该微米尺度传感器最终得到实用成为现有技术亟需解决的技术问题。
    发明内容
    本发明的目的在于提出一种基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统,能够检测微型传感器发出的电流信号,并最终实现铜金属蒸气浓度的精确测量,利用微米尺度传感器监测铜金属浓度来反应断路器的电寿命。
    为达此目的,本发明采用以下技术方案:
    一种基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统,包括:微米尺度传感器、信号转换???、信号放大???、以及信号采集???,其中:所述微米尺度传感器通过电极放电将被测气体浓度转换为电流信号,并输出至信号转换???;所述信号转换??榘ǜ呔茉怂惴糯笃?,利用高精密运算放大器将所述电流信号转换为电压信号,并输出至信号放大???;所述信号放大??榘ㄒ潜矸糯笃?,利用所述仪表放大器对所述电压信号进行放大,并输出至信号采集???;所述信号采集??槭迪侄运龅缪剐藕诺穆瞬?、采集和输出。
    优选地,所述微米尺度传感器安装在断路器灭弧室内壁,并带有电磁屏蔽罩。所述微米尺度传感器的安装位置不宜太靠近喷口。
    进一步优选地,所述电磁屏蔽罩的材料根据所干扰电磁场的频率进行选择。
    优选地,所述电流-电压信号转换???、信号放大??橐约靶藕挪杉?橥獠刻子械绱牌帘握?,安装在断路器之外。
    优选地,所述微米尺度传感器的电流信号采用BNC接头引出,通过屏蔽电缆输出电流信号。
    优选地,所述屏蔽电缆在灭弧室接口处密封处理。
    优选地,所述高精密运算放大器应用在信号转换??橹?,实现电流-电压信号转换,其选择条件如下:pA级偏置电流、低于mV级的输入和输出失调电压、pF级共模输入电容和60-100dB以上共模抑制比。
    优选地,所述仪表放大器应用在信号放大??橹?,实现电压的信号的放大,其选择条件如下:70-100dB以上共模抑制比、1000Ω左右的输入阻抗、输入端的输入噪声低于10nv/Hz、线性误差低于0.0001%、输入和输出失调电压分别低于100μV和2mV。
    优选地,所述信号采集??榛贏RM微控制器实现所述电压信号的滤波、采集和输出。
    因此,本发明能够检测微型传感器发出的电流信号,并最终实现铜金属蒸气浓度的精确测量,具有功耗低,结果精确,电路简单,便于实现,抗电磁干扰能力强,体积小,便于携带等优点。
    附图说明
    图1是根据本发明具体实施例的基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统的结构示意图。
    图中的附图标记所分别指代的技术特征为:
    1、微米尺度传感器;2、信号转换???;3、信号放大???;4、信号采集???。
    具体实施方式
    下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明??梢岳斫獾氖?,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
    参见图1,公开了根据本发明具体实施例的基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统的结构示意图,一种基于微米尺度传感器 的铜金属蒸气浓度检测系统,包括:微米尺度传感器1、信号转换???、信号放大???、以及信号采集???,其中:
    所述微米尺度传感器通过电极放电将被测气体浓度转换为电流信号,并输出至信号转换???;
    所述信号转换??榘ǜ呔茉怂惴糯笃?,利用高精密运算放大器将所述电流信号转换为电压信号,并输出至信号放大???;
    所述信号放大??榘ㄒ潜矸糯笃?,利用所述仪表放大器对所述电压信号进行放大,并输出至信号采集???;
    所述信号采集??槭迪侄运龅缪剐藕诺穆瞬ê筒杉?,并进行输出。所述滤波可以是硬件滤波,也可以是数字滤波。
    本发明的基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统,首先解决了电流-电压信号转换的问题,降低信号传输功耗,利于信号后续采集和处理;其次本发明通过信号放大??橹幸潜矸糯笃魇迪侄晕⑿⌒藕诺牟饬?,有效抑制共模噪声信号,提高测量精度;再次,本发明采用例如ARM微控制器的控制器作为信号采集??榈暮诵?,实现微弱信号的提取和降低噪声信号,保证采集系统的精度要求。这样一来,微型传感器将电流信号发出后,在信号转换??橹惺迪值缌?电压信号转换,再通过信号放大??榉糯蠛蟊恍藕挪杉?樘崛?,从而实现了铜金属蒸气浓度的精确测量。
    在一个具体的实施例中,所述微米尺度传感器安装在断路器灭弧室内壁,并带有电磁屏蔽罩。
    特别的,所述微米尺度传感器的安装位置要考虑能精确测量铜金属浓度,不宜太靠近喷口,否则温度过高会导致寿命会大幅度降低。
    所述电磁屏蔽罩材料可选,根据所干扰电磁场的频率进行选择。当干扰电磁场的频率较高时,利用低电阻率的金属材料中产生的涡流,形成对外来电磁波的抵消作用,从而达到屏蔽的效果;当干扰电 磁波的频率较低时,采用高导磁率的材料,从而使磁力线限制在屏蔽体内部,防止扩散到屏蔽的空间去。这样一来,减弱电磁干扰对电流信号的影响,并保证断路器能正常工作。
    在另一个具体的实施例中,所述微米尺度传感器的电流信号采用BNC接头引出,通过屏蔽电缆输出电流信号。在本实施例中,所述BNC接头连接屏蔽电缆,能够长距离传输所述电流信号并保持信号稳定。特别的,所述屏蔽电缆在灭弧室接口处密封处理,以避免泄露SF6气体。
    优选地,所述高精密运算放大器应用在信号转换??橹?,实现电流-电压信号转换,其选择条件如下:pA级偏置电流、低于mV级的输入和输出失调电压、pF级共模输入电容和60-100dB以上共模抑制比。例如,所述高精密运算放大器采用Linear Technology公司的偏置电流在pA级的LMC6442系列芯片。就该实施例而言,属于信号转换??榈挠叛∈凳├?。在对微弱信号进行检测的过程中,集成运算放大器对电路的干扰非常大,因此应当选择接近理想运放的集成芯片。为配合供电电路、减少功率消耗和提高测量精度,可以按照如下要求选择所述信号转换??橹械母呔茉怂惴糯笃鳎航系偷钠玫缌?、较低的输入失调电压和较低的零漂、较大的输入电阻和较高的共模抑制比、较大的开环放大倍数。特别是在所述信号转换???,对集成运放的要求较高,由于输入电流在nA级,一般要求运放的偏置电流在pA级。本实施例采用的LMC6442芯片可以很好的满足上述条件。当然,目前市面上已经有很多满足上述条件的运算放大器,于是也可以不采用LMC6442系列芯片,而采用其他高精密运算放大器,如AD8571、0PA2703等。
    优选地,所述仪表放大器应用在信号放大??橹?,实现电压的信号的放大,其选择条件如下:70-100dB以上共模抑制比、1000Ω左 右的输入阻抗、输入端的输入噪声低于10nv/Hz、线性误差低于0.0001%、输入和输出失调电压分别低于100μV和2mV。例如,所述仪表放大器采用MAXIM公司生产的MAX4208/MAX4209H仪表放大器。该器件采用电流反馈架构和扩谱自调零技术。该间接电流反馈架构使用户可以充分利用输入差分信号的全部动态范围,即使共模信号接近、或低于地电位。该自调零技术持续测量并修正输入失调电压,从而消除了时间和温度漂移。该器件带有自调零基准缓冲放大器,提高了系统精度。其输入失调电压在+25℃时最大值为20μV,在-40℃至+125℃温度范围内最大值为40μV,具有1pA的CMOS输入偏置电流,工作在2.85V至5.5V单电源下,可以通过设置两个外部电阻的比例调节增益,最大增益误差+25℃时为±0.25%,在+85℃时为±0.3%,而在整个-40℃至+125℃温度范围内为±0.35%。也就是说,该实施例主要通过MAX4208/MAX4209H来实现信号电压的放大。
    优选地,在另一个实施例中:所述信号采集系统基于ARM微控制器实现所述电压信号的滤波、采集和输出。对于该实施例而言,滤波电路采用高速运放LT1355和差分输出放大器SSM2142构成,能够抑制高频噪声,减小噪声在信号传输过程中对信号的干扰,将单端信号转换成差分信号进行传输。采集电路由差分放大器SSM2141、增益放大器LT1355、A/D芯片ADC12062和ARM处理器S3C4510B组成。差分放大器SSM2141将输入的差分信号再次转换成单端信号。高速运放LT1355将单端信号放大,使其值符合A/D芯片输入电压范围。ADC12062作为模数转换芯片,具有12位采样精度,其基准电压为4.096V,功耗为75mV。ADC转换完成后,通过下降沿触发中断引脚,通知ARM处理器读取数据到数据存储区,当数据存储区存满后,通讯启动,数据会传输至CPU或其他后续处理系统。
    更优的,在另一个实施例中:所述电流-电压信号转换???、信 号放大??橐约靶藕挪杉?橥獠刻子械绱牌帘握?,安装在断路器之外。对于该实施例而言,各所述??樘子械绱牌帘握质俏吮苊庑藕鸥扇?。进一步地,整个检测系统的检测装置也可以安装在灭弧室外的闲置空间中,以不影响断路器正常工作、避免系统各元件过热为准。
    综上所述,本发明所述的基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统具有以下优点:
    (1)本发明提出一种全新的利用微米尺度传感器在线检测断路器电寿命的系统,只要微米尺度传感器放电产生电流,就可实现电流-电压信号的转换以及信号的放大和获取,而放电电流的大小反映铜金属蒸气浓度,因此本发明可以精确检测铜金属蒸气浓度;那么,本发明也很容易用于检测SF6及其分解产物的浓度,只需将测量对象换成SF6及其分解产物的浓度,其他技术手段作适应性变换即可;
    (2)采用高精密运算放大器实现电流-电压信号转换,功耗低,结果精确,电路简单,便于实现;
    (3)本发明中采用MAX4208/MAX4209H仪表放大器,具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗,而且增益高且稳定,失调电压和温度零漂小,能有效抑制共模噪声,实现微弱电压信号的放大;
    (4)抗电磁干扰能力强,传感器输出的微小电流经过屏蔽电缆送到检测装置,整个信号传递通路保持良好的电磁屏蔽;
    (5)基于ARM处理器的信号采集??楸阌谝虢痰墓芾淼鞫?,运行更加高效,在满足性能要求的前提下,具有功耗低的优点,能兼顾性能、和价格等几个方面;
    (6)体积小,便于携带,成本低廉,大规模生产成本更低。总而言之,本发明所述的检测系统可以很好基于微型传感器对气体浓度进行检测,检测精确度高,检测范围广,抗电磁干扰能力强,成本低廉,容易实现,适合于工程实际应用。
    以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定?;し段?。

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