CN103105567A - 分光镜型电晕紫外探测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了分光镜型电晕紫外探测仪，望远镜头、分光镜、紫外探测器、紫外信号处理电路、液晶显示屏、面阵CCD器件和图像处理电路，望远镜头和面阵CCD器件共一个光轴，分光镜位于望远镜头和面阵CCD器件之间，分光镜的镜面与紫外探测器的光轴成45度夹角，分光镜2为让100-380nm波段的紫外光反射而让380-760nm波段的可见光透过的镜片；穿过望远镜头的光线被分光镜分成两路，其中一路为紫外光，另一路为可见光，紫外光经分光镜反射到紫外探测器光敏面上，另外一路可见光经分光镜透射后照射到面阵CCD器件6的光敏面上，优点能够将放电绝缘子进行成像显示，同时也能够显示出放电紫外辐射强度，从而达到对绝缘子的放电位置进行定位的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种电晕紫外探测仪，尤其是涉及一种分光镜型电晕紫外探测仪。
背景技术
随着我国电网规模的迅猛发展，电力设备的局部放电故障问题日益突出。局部放电故障早期一般表现为电晕放电，电晕放电是指电极附近电场强度超过一定值后，导致周围气体（通常是空气）局部电离而产生的一种自持放电现象。电晕属于高压脉冲放电，放电过程中会伴随等离子体的产生，它会使空气发生化学反应，产生臭氧及氧化氮等产物，引起电气设备的绝缘腐蚀和损坏，进而造成严重事故和电网瘫痪。
国际照明委员会（CIE）对紫外辐射波段进行了定义，即 100nm～400nm 的电磁辐射称为紫外线。具体分三个波段，即 UVA、UVB 和 UVC。 其中 UVC 波段范围为 100nm～280nm，其中 100nm～200nm 属真空紫外，在空气中很快被氧吸收（形成臭氧），而太阳光谱中200nm～280nm 波段的光在穿越大气平流层时又会被臭氧层强烈吸，这个波段被称为日盲紫外波段。因此地面上缺少100-280nm波段的紫外光，在地面对UVC紫外波段的目标进行检测，即使晴朗的白天也可以避免太阳光的背景干扰，检测的准确度极高。
而电力设备早期局部放电放电正好会发出UVC波段的光，因此近年来针对UVC波段进行的电力设备早期放电紫外检测技术逐渐兴起，并且在西方国家电力系统中得到了极大推广应用，在我国也越来越受到重视。毫无疑问，如果能对电力设备的早期放电进行检测就可以及时预防电力事故的发生。
然而目前由于我国高灵敏度的日盲紫外成像器件研究尚不成熟，采用国外高性能紫外成像器件价格又非常昂贵，因此我国在电晕紫外成像仪实用化研究方面面临很大困难。但采用单元（非成像）探测方法进行电晕紫外辐射强度检测是一种比较合适的技术，技术难度相对较低，仪器的开发成本比电晕紫外成像仪低很多，但目前很多单元紫外探测技术缺少目标定位系统。单元探测技术如果缺少专门的定位系统，带来的后果是无法判断绝缘子的那个部位出现电晕放电，甚至哪个绝缘子出现电晕放电也无法判断清楚。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种定位准确的分光镜型电晕紫外探测仪。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：分光镜型电晕紫外探测仪，包括望远镜头、分光镜、紫外探测器、紫外信号处理电路、液晶显示屏、面阵CCD器件 和图像处理电路，望远镜头和面阵CCD器件共一个光轴，分光镜位于望远镜头和面阵CCD器件之间，分光镜的镜面与望远镜头的光轴成45度夹角，分光镜2为让100-380nm波段的紫外光反射而让380-760nm波段的可见光透过的镜片；
所述的紫外探测器与所述的紫外信号处理电路电连接，所述的紫外信号处理电路与所述的液晶显示屏电连接，面阵CCD器件与图像处理电路电连接，图像处理电路与液晶显示屏电连接；
穿过望远镜头的光线被分光镜分成两路，其中一路为紫外光，另一路为可见光，紫外光经分光镜反射到紫外探测器光敏面上，另外一路可见光经分光镜透射后照射到面阵CCD器件6的光敏面上。
望远镜头为卡塞格伦镜头，卡塞格伦镜头包括镜筒、抛物面主反射镜和双曲面次反射镜，所述的抛物面主反射镜位于镜筒的后端，抛物面主反射镜和双曲面次反射镜共一光轴，双曲面次反射镜位于抛物面主反射镜的前面且位于抛物面主反射镜的焦点以内。
紫外探测器为响应波段为100-280nm的单元光探测器或由宽光谱单元探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成。
紫外信号处理电路由紫外光强信号采集电路和显示电路组成。
面阵CCD器件由面阵硅CCD传感器和驱动电路组成。
与现有技术相比，本发明的优点是通过小视场角的紫外镜头进行放电紫外探测，将视场范围尽可能限制到最小；同时通过望远镜头后的分光镜将紫外和可见光分开，这样通过可见光路能够将放电绝缘子进行成像显示，同时通过紫外光路也能够显示出放电紫外辐射强度，从而达到对绝缘子的放电位置进行定位的目的。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明的紫外探测光路图；
图3为本发明的可见光成像光路图；
图4为本发明的望远镜头结构和分光原理示意图；
图5为本发明的液晶显示界面示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
分光镜型电晕紫外探测仪，包括望远镜头1、分光镜2、紫外探测器3、紫外信号处理电路4、液晶显示屏5、面阵CCD器件 6和图像处理电路7，望远镜头1和面阵CCD器件6共一个光轴，分光镜2位于望远镜头1和面阵CCD器件6之间，分光镜2的镜面与望远镜头3的光轴9成45度夹角，分光镜2为让100-380nm波段的紫外光反射而让380-760nm波段的可见光透过的镜片；
紫外探测器3与紫外信号处理电路4电连接，紫外信号处理电路4与液晶显示屏5电连接，面阵CCD器件6与图像处理电路7电连接，图像处理电路7与液晶显示屏5电连接；
穿过望远镜头1的光线被分光镜分成两路，其中一路为紫外光，另一路为可见光，紫外光经分光镜2反射到紫外探测器3光敏面上，另外一路可见光经分光镜2透射后照射到面阵CCD器件6的光敏面上。
望远镜头1为卡塞格伦镜头，卡塞格伦镜头包括镜筒11、抛物面主反射镜12和双曲面次反射镜13，抛物面主反射镜13位于镜筒11的后端，抛物面主反射镜12和双曲面次反射镜13共一光轴，双曲面次反射镜13位于抛物面主反射镜12的前面且位于抛物面主反射镜12的焦点以内。
紫外探测器3为响应波段为100-280nm的单元光探测器或由宽光谱单元探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成。
紫外信号处理电路4由紫外光强信号采集电路和显示电路组成。
面阵CCD器件6由面阵硅CCD传感器和驱动电路组成。
工作时，绝缘子8发出的紫外光信号和绝缘子8本身的可见光信号都到达了望远镜头1，望远镜头1的反射式光学结构使得只有靠近光轴9中心的光线才能穿过望远镜头1，之后光被分光镜2分成两路。因为分光镜2为让100-380nm波段的紫外光反射而让380-760nm波段的可见光透过的镜片，所以其中一路紫外光经分光镜2反射照到紫外探测器3的光敏面上，如图2所示；另一路可见光经分光镜2透射，将可见光成像光斑正好照射面阵CCD器件6的光敏面上，从而让面阵CCD器件6感应出可见光图像信号，如图3所示。从光学角度来看，这两路光实际上共用一个光轴9。
紫外光路如图2所示，从望远镜头1出来的紫外光透过分光镜2后，达到紫外探测器3，因为紫外探测器3由响应波段在100-280nm范围内的光探测器构成，也可以由宽光谱探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成，所以紫外探测器3只对100-280nm范围内的电晕紫外信号进行响应，这样由电晕紫外辐射的UVC波段的紫外信号光就可以被紫外探测器探测到。因此，仪器即使在晴朗的白天也会避开太阳光的干扰，信号误检率低。
紫外探测器3感应到电晕紫外辐射的信号时，会感应出电压或者电流信号，这时通过紫外信号处理电路4，对感应出来的电压或者电流信号进行放大，并进行数据采集，最后将紫外光强信号由液晶显示屏5进行显示。
紫外镜头1内部结构如图4所示，可以看出大入射角的光线14和15在镜筒内部经过多次反射都会被消光螺纹消除掉；只有很小入射角的光线16A和16B才能透过分光镜2照射到紫外探测器3上，和经分光镜2反射后可见光成像光斑照到面阵CCD器件6的光敏面上，从而感应出可见光图像。因为分光镜2能让100-380nm波段的紫外光反射，所以紫外光才可以经分光镜2反射到达紫外探测器3的光敏面上，最终由紫外探测器响应出电压或者电流信号。
又分光镜2能让380-760nm波段的可见光透过，所以从望远镜头出来的可见光能够反射照到面阵CCD器件6上，进而产生图像信号，如图2所示。因为望远镜头2采用反射式的光学结构，所以紫外光和可见光尽管波长不同，但都可以穿过镜头在镜头后面会聚，然而分光镜2的存在又实现了紫外光信号和可见光信号的空间分离。这样当仪器镜头对准绝缘子时，放电绝缘子发出的紫外光会被紫外探测器3探测到，而放电绝缘子本身会通过面阵CCD器件拍摄下来，探测到的紫外光强信号和目标区域图像最终都会送到液晶显示屏上进行显示，如图5所示。其中5为液晶界面边框；51为望远镜头视场区域选择框，从中可以看见绝缘子8的可见光图像；52为视场区域范围内的紫外光强数据显示区，仪器探测到的紫外光强数据在这个位置显示。因此仪器既可以显示所对准的目标区域图像框，还会显示该区域内的紫外辐射强度。
值得注意的是，望远镜头1的结构形式使得探测仪器的视场角非常小，这大大缩小了探测仪器的视场范围，使得检测到的目标区域很小，提高了检测位置的准确性；同时又会使得视场内的紫外光信号能够集中照射到紫外探测器表面，提高了仪器灵敏度。
Claims (5)
1.分光镜型电晕紫外探测仪，其特征在于包括：望远镜头、分光镜、紫外探测器、紫外信号处理电路、液晶显示屏、面阵CCD器件 和图像处理电路，望远镜头和面阵CCD器件共一个光轴，分光镜位于望远镜头和面阵CCD器件之间，分光镜的镜面与望远镜头的光轴成45度夹角，分光镜为让100-380nm波段的紫外光反射而让380-760nm波段的可见光透过的镜片；
所述的紫外探测器与所述的紫外信号处理电路电连接，所述的紫外信号处理电路与所述的液晶显示屏电连接，面阵CCD器件与图像处理电路电连接，图像处理电路与液晶显示屏电连接；
穿过望远镜头的光线被分光镜分成两路，其中一路为紫外光，另一路为可见光，紫外光经分光镜反射到紫外探测器光敏面上，另外一路可见光经分光镜透射后照射到面阵CCD器件6的光敏面上。
2.根据权利要求1所述的一种分光镜型电晕紫外探测仪，其特征在于望远镜头为卡塞格伦镜头，卡塞格伦镜头包括镜筒、抛物面主反射镜和双曲面次反射镜，所述的抛物面主反射镜位于镜筒的后端，抛物面主反射镜和双曲面次反射镜共一光轴，双曲面次反射镜位于抛物面主反射镜的前面且位于抛物面主反射镜的焦点以内。
3.根据权利要求1所述的一种分光镜型电晕紫外探测仪，其特征在于紫外探测器为响应波段为100-280nm的单元光探测器或由宽光谱单元探测器加100-280nm紫外带通滤光片组成。
4.根据权利要求1所述的一种分光镜型电晕紫外探测仪，其特征在于紫外信号处理电路由紫外光强信号采集电路和显示电路组成。
5.根据权利要求1所述的一种分光镜型电晕紫外探测仪，其特征在于面阵CCD器件由面阵硅CCD传感器和驱动电路组成。
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