SF₆气体激光成像仪的制作方法

专利名称：SF₆气体激光成像仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于仪器安全检测设备技术领域，涉及一种成像仪，特别是一种SF6气 体激光成像仪。
背景技术：
SF6气体是无色、无臭、不燃、无毒的惰性气体，具有优良的绝缘性能和灭弧性能， 且化学结构稳定，不容易分解变质。SF6气体不溶于水和变压器油，在炽热的温度下，它与氧 气、氩气、铝及其他许多物质均不发生作用。在高温电弧作用下，很少量的SF6会分解为有 毒的SOF2、SAF2、SF4和SOF4等，但在电弧过零值后，很快又再结合成SF6。因此，长期密封使 用的SF6,虽经多次灭弧作用，也不会减少或变质。鉴于SF6气体的上述优良性质，其被广泛 应用于高压电器制造行业和电气技术设备。电器设备中SF6气体的泄露会降低电器设备绝 缘性能，威胁工作人员的人身安全，带来潜在的安全隐患。同时，由于SF6是一种温室气体， 可停留于大气层达数千年之久，而SF6气体产生的温室效应是二氧化碳的M000倍，对环 境的破坏相当严重。因此出于安全和环保的考虑要求对应用SF6气体的高压电气设备要定 期检测SF6气体的泄露情况。当前，对设备检漏和查找漏点的常见做法有大面积刷肥皂泡法，定性、定量检测 法，塑料薄膜密封法等等。传统的检测方法需要设备停止运行，因此，检测效率偏低而且传 统检测方法需要操作人员直接接触高压电器设备，如果电器设备存在问题会危及检测人员 的人身安全。伴随着SF6电器设备的大量使用，对SF6检测的效率、安全性、经济性提出了更 高的要求。SF6气体激光成像仪就是顺应这种检测需求而出现的检测设备。但是，市场上已 有的SF6气体激光成像仪由于采用的激光源功率控制不及时，很容易造成内部成像单元的 损伤，且检测图像显示为黑白图像，检测设备机身笨重，不利于检测的人性化。
发明内容为克服上述现有技术的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种SF6气体激 光成像仪，本实用新型是一种具有灰度报警、防灼伤、图像伪彩化的便携式激光气体成像装 置。该仪器不仅可以精确定位SF6气体所在区域，而且能确保设备安全运行和工人人员的 人身安全，提高设备检修工作效率。为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术解决方案一种SF6气体激光成像仪，包括控制单元、系统电源和可见光摄像机，其特征在于， 还包括触摸液晶显示器、FPGA芯片、激光调控电源、红外探测仪和激光探头；所述控制单元 连接所述触摸液晶显示器、FPGA芯片和激光调控电源，控制单元和FPGA芯片分别通过A/ D转化电路与所述红外探测仪相连；所述激光调控电源连接激光发射器，所述激光发射器 与激光源相连；所述系统电源连接控制单元、FPGA芯片、A/D转化电路、激光源、激光调控电 源、可见光摄像机、红外探测仪和激光探头。所述红外探测仪用来采集激光源照射下SF6电气设备及其周围的图像；可见光相机采集到的为可见光条件下SF6电气设备及其周围的图像；所述激光源为检测时采用的外 加光源；此激光源发出的点状光斑通过扩束镜转变成为区域光源；激光探头是为了定位区 域光源的位置而采用的辅助定位设备；触摸液晶显示器用来显示红外探测仪和可见光相机 采集到的图像，并作为用户和SF6气体激光成像仪的交互接口 ；FPGA模块通过对黑白图像 的处理来实现图像的伪彩功能；控制单元通过检测像素的灰度值来实现灰度报警功能，同 时控制激光调控电源减小功率，防止因激光源功率过大而灼伤红外探测仪；系统电源为整 个SF6气体激光成像仪的工作提供电力来源。所述控制单元连接触摸屏液晶显示器、FPGA芯片和激光调控电源，控制单元和 FPGA芯片分别通过A/D转化电路与红外探测仪相连；所述激光调控电源连接激光源，为激 光源的供电电源；所述系统电源连接控制单元、FPGA芯片、A/D转化电路、激光调控电源、可 见光摄像机、红外探测仪和激光探头。本实用新型还包括如下其它技术特征所述A/D转化电路与红外探测仪之间设置有放大器，系统电源为所述放大器供 H1^ ο所述可见光摄像机的出口端设置第一镜头，所述第一镜头采用电动镜头。所述红外探测仪的前方设置第二镜头，所述第二镜头采用电动镜头。所述激光发射器的出口端设置散射透镜组。所述散射透镜组入口端设置滤光片，散射透镜组出口端设置第三镜头，所述第三 镜头采用电动镜头。所述控制单元ARM微处理器与FPGA器件。所述激光发射器采用(X)2激光发射器。所述系统电源采用外接电源及便携式蓄电池。所述红外探测器为非制冷型多晶硅红外成像仪器。本实用新型的优点在于1、加强了对SF6设备的管理，提高了 SF6S备的运行可靠性，减少了维护成本；可以 在SF6设备带电正常运行的同时，以便携成像的方式快速、直观、实时、准确定位SF6气体位置。2、具有灰度报警功能，当灰度值超过警戒值时，控制单元自动降低激光发射器的 功率，以防止红外探测仪灼伤，保证仪器安全工作。3、实现伪彩编码方式，将黑白显示为灰阶划分为许多彩色域，使黑白图形或图像 变成彩色，增强人眼对不同强度的敏感度，从主观上增加了显示信号的动态范围，增强图像 边界的可识别程度。4. ARM微处理器的采用，使得本实用新型支持SD卡的储存，可有效的获取静态图 像和动态影像资料，实现资料的保存，以便后期的检测工作提供参考、信息分析。5、采用触摸式液晶显示屏，通过触摸快捷键实现各种功能切换；同时红外探测仪 具有高灵敏度模式功能，能够准确探测到微量SF6气体的位置。6、便携式蓄电池使工作人员可以在外界断电状态下，正常检测SF6气体的精确位 置，为减少经济损失和危害人身安全提供保障。7、红外探测仪与可见光相机具有电动对焦特性，可以实时的根据距离变化而观察到清晰的图像；激光探头发出的呈“十字”型近红外线可以精确地定位激光检测区域，提高 精确度与检测功效。8、选用防尘防水镜头，可适用于任何恶劣检测条件，亦可以在雪天雨天检测SF6气 体精确位置。9、简单的构造，优化的设计，精小的仪器体积，既减轻了仪器重量，又为用户工作 提供了灵活性、随机性，突破了工作环境的局限性；降低了检测人员的劳动强度、节约了大 量时间、提高了经济效益。

图1是本实用新型的结构示意图。图2是本实用新型的仪器前端布局示意图。图3是本实用新型的仪器前端工作原理示意图。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的解释说明。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的SF6气体激光成像仪，包括控制单元1、系统电源8和可 见光摄像机10，所述可见光摄像机10的出口端设置第一镜头15，所述第一镜头15采用电 动镜头。本激光成像仪还包括触摸液晶显示器2、FPGA芯片3、激光调控电源9、可见光摄像 机10、红外探测仪11和激光探头14 ；所述控制单元1连接所述触摸液晶显示器2、FPGA芯 片3和激光调控电源9，控制单元1和FPGA芯片3分别通过A/D转化电路4与所述红外探 测仪11相连，所述A/D转化电路4与红外探测仪11之间设置有放大器5，系统电源(8)为 所述放大器5供电。所述红外探测仪11的前方设置第二镜头16，所述第二镜头16采用电 动镜头。所述激光调控电源9连接激光发射器7，所述激光发射器7与激光源6相连；激光 发射器7的出口端设置散射透镜组13，散射透镜组13入口端设置滤光片12，散射透镜组13 出口端设置第三镜头17，所述第三镜头17可选用防水防尘镜头。所述系统电源8连接控制单元1、FPGA芯片3、A/D转化电路4、激光源6、激光调控 电源9、可见光摄像机10、红外探测仪11和激光探头14。控制单元1和FPGA芯片3结合外围电路设计共同控制本实用新型的其他设备。控 制单元1采用ARMll系列的64位微处理器。控制单元1利用软件编程实现图像的伪彩处理，将黑白图形或图像变成彩色。控 制单元1接收用户在触摸液晶显示器2上操作的控制信息，实现用户利用触摸方式在液晶 屏上的图像切换功能。并通过液晶显示器2从主观上增加显示信号的动态范围，增强图像 边界的可识别程度，实现可见光与激光的图像伪彩显示。控制单元1控制激光调控电源9，从而控制激光发射器7的开关和输出功率；当灰 度值超过警戒值时，控制单元1通过程序控制DB15针供电端口自动降低激光发射器7的功 率，防止红外探测仪11灼伤，具有灰度报警功能。控制单元1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卡的储存，可有效获取与存储静态图像和动态影像，便于后期的检测工作提供参考、信息分析。 FPGA芯片3实现图像与信号的处理； A/D转化电路4实现控制信号的模数转换；放大器5与A/D转化电路4、红外探测仪11相连，实现信号的精确采集以便为后期 数据的分析提供有力保障；激光发射器7采用(X)2激光发射器，该发射器发出的激光波长为10. 2 10. 8微米 之间。激光发射器7的出口端设有滤光片12与散射透镜组13，激光发射后滤光片12能够 使波长为10. 55微米的激光透过，然后散射透镜组13使激光传射由定向转变为4° 8° 的发散传射；系统电源8采用便携式蓄电池，使工作人员可以在外界断电状态下，正常检测SF6 气体精确位置，为减少经济损失和危害人身安全提供保障。可见光摄像机10与第一镜头15相连、红外探测仪11与第二镜头16相连，能够实 现电动对焦，可以实时的根据距离变化而观察到清晰的图像，使得所捕获的图像时刻保持 清晰状态。红外探测仪11为非制冷型多晶硅红外成像仪器，型号为D780系列，其具有 384*288像素，电动镜头、定制灰度报警功能。体积小、紧凑轻巧、控制简便、2X电子变倍、降 低噪声、黑热/白热极性反转显示、多种自定义组态模式、亮度/增益调整；红外探测仪11 具有电动对焦特性，可以实时的根据距离变化而观察到清晰的图像；利用触摸液晶显示器 方式实现液晶屏上图像切换功能。激光探头14可以精确地定位激光检测区域，提高精确度与检测功效。如图2所示，实际应用时，将激光发射器7、可见光摄像机10、红外探测仪11和激 光探头14呈菱形设置在本实用新型的仪器前端，激光发射器7在正上方，可见光摄像机1 和激光探头14排列在中间的左右两边，可见光摄像机10在正下方。如图3所示，本实用新型工作开始后，其仪器工作原理如下激光发射器7发射的激光a到达检测区域，并在物体表面上反射，返回的数据信息 经FPGA芯片3处理后，通过触摸液晶显示器2显示图像；由于SF6气体b对红外光线(波长 为10. 55微米)具有强烈的吸收作用，因此，当检测区域存在SF6气体时，背景物体B上反射 到红外探测仪11的激光c的数据信息经过处理后，通过触摸液晶显示器2显示图像，此时 反射到红外探测仪11的红外光线能量急剧地减弱，使通常看不到的SF6气体在触摸液晶显 示器2上通过伪彩技术变得清晰可见，并成黑色烟状飘散，且随着气体浓度不同，黑度也不 同；激光探头14发出的呈“十字”型近红外线能够精确地定位激光检测区域d，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。以上描述了本实用新型的主要特征和工作原理。本领域技术人员应当了解，本实 用新型不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还 会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型 要求保护范围由权利要求书的范围界定。
权利要求1.一种SF6气体激光成像仪，包括控制单元(1)、系统电源(8)和可见光摄像机(10)，其 特征在于，还包括触摸液晶显示器(2)、FPGA芯片(3)、激光调控电源(9)、红外探测仪(11) 和激光探头(14)；所述控制单元(1)连接所述触摸液晶显示器(2)、FPGA芯片(3)和激光调 控电源(9)，控制单元(1)和FPGA芯片(3)分别通过A/D转化电路(4)与所述红外探测仪 (11)相连；所述激光调控电源(9)连接激光发射器(7)，所述激光发射器(7)与激光源(6) 相连；所述系统电源(8)连接控制单元(1)、FPGA芯片(3)、A/D转化电路(4)、激光源(6)、激 光调控电源(9 )、可见光摄像机(10 )、红外探测仪(11)和激光探头(14 )。
2.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪，其特征在于，所述A/D转化电路(4)与红 外探测仪(11)之间设置有放大器(5 )，系统电源(8 )为所述放大器(5 )供电。
3.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪，其特征在于，所述可见光摄像机(10)的 出口端设置第一镜头(15 )，所述第一镜头(15 )采用电动镜头。
4.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪，其特征在于，所述红外探测仪(11)的前 方设置第二镜头(16)，所述第二镜头(16)采用电动镜头。
5.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪，其特征在于，所述激光发射器(7)的出口 端设置散射透镜组(13)。
6.如权利要求5所述的SF6气体激光成像仪，其特征在于，所述散射透镜组(13)入口 端设置滤光片(12)，散射透镜组(13)出口端设置第三镜头(17)，所述第三镜头(17)选用防 水防尘镜头。
7.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪，其特征在于，所述控制单元(1)采用ARM 微处理器。
8.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪，其特征在于，所述激光发射器(7)采用(X)2 激光发射器。
9.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪，其特征在于，所述系统电源(8)采用便携 式蓄电池。
10.如权利要求1所述的SF6气体激光成像仪，其特征在于，所述红外探测器(11)为非 制冷型多晶硅红外成像仪器。
专利摘要本实用新型公开了一种SF6气体激光成像仪，属于设备安全检测技术领域，包括控制单元、系统电源和可见光摄像机、触摸液晶显示器、FPGA、激光调控电源、可见光摄像机、红外探测仪和激光探头；控制单元连接触摸液晶显示器、FPGA和激光调控电源，控制单元和FPGA分别与红外探测仪相连；激光发射器与激光调控电源、激光源相连；系统电源连接控制单元、FPGA、A/D转化电路、激光源、激光调控电源、可见光摄像机、红外探测仪和激光探头。本仪器操作简单，能准确探测微量SF6气体位置。有电动对焦特性，可实时根据距离变化观察到清晰的图像；激光探头精确定位激光检测区域，降低了检测人员的劳动强度、节约时间、提高了经济效益。
文档编号G01J5/00GK201903502SQ20102064016
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月3日 优先权日2010年12月3日
发明者李伟, 杜晓兵, 王丰飞, 颜鹏 申请人:长安大学