CN110108666A - 绝缘油水分含量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种绝缘油水分含量检测装置，该装置包括太赫兹发生器、样品测试器、太赫兹探测器及上位机，其中，太赫兹发生器与太赫兹探测器匹配，太赫兹发生器与太赫兹探测器之间设置有样品测试器；样品测试器包括样品台和二维移动平台，样品台上设置有用于装盛绝缘油的透明样品瓶，样品台位于太赫兹发生器与太赫兹探测器之间的焦点平面上，样品台与二维移动平台连接，二维移动平台控制样品台在焦点平面上移动；上位机分别与太赫兹探测器、太赫兹探测器和二维移动平台电连接。本申请实施例通过太赫兹成像技术对绝缘油水分含量进行检测，能够实现无损检测，具有准确度高、自动化程度高、对环境友好等优点。
Description
技术领域
本申请涉及变压器技术领域，尤其涉及一种绝缘油水分含量检测装置。
背景技术
在油浸式变压器中填充有绝缘油，绝缘油能够起到绝缘、散热和灭弧作用。对绝缘油进行监测，是保障变压器的正常运行的重要手段。水分是绝缘油质量监测的重要指标之一，变压器的水分来源主要是大气中的湿气从设备外侵入油中，以及绝缘材料的纤维素吸附的水分渗入油中，或纤维素老化分解产生的水分进入油中。在变压器运行中，绝缘油里只要有微量的水分，就会对绝缘介质的电性能和理化性能造成很大的危害。水分可导致绝缘油击穿电压降低、介质损耗因素增大和绝缘油老化加速，更主要的影响是使纸绝缘遭到永久性的破坏，从而导致充油电气设备的运行可靠性和寿命降低，甚至造成绝缘事故。因此，定期对运行的绝缘油进行水分测定具有重要的意义。
相关技术中，对绝缘油中水分测定采用的设备是微水检测仪，微水检测仪通过库仑滴定法测定绝缘油水分含量，该方法会受到许多干扰因素，如电解池封闭不严、放置时间过长会从空气中吸入水分、受潮而产生空白电流，另外陶瓷滤板吸收水分、硅胶失效等都会导致空白电流的增加，从而影响测量结果的准确性。
发明内容
本申请提供了一种绝缘油水分含量检测装置，以解决绝缘油水分含量测定准确性差的问题。
本申请提供了一种绝缘油水分含量检测装置，该装置包括太赫兹发生器、样品测试器、太赫兹探测器及上位机，其中，
所述太赫兹发生器与太赫兹探测器匹配，所述太赫兹发生器与太赫兹探测器之间设置有所述样品测试器；
所述样品测试器包括样品台和二维移动平台，所述样品台上设置有用于装盛绝缘油的透明样品瓶，所述样品台位于所述太赫兹发生器与太赫兹探测器之间的焦点平面上，所述样品台与二维移动平台连接，所述二维移动平台控制所述样品台在所述焦点平面上移动；
所述上位机分别与所述太赫兹探测器、太赫兹探测器和二维移动平台电连接。
可选地，所述样品测试器还包括除湿器和湿度测试仪，所述除湿器和湿度测试仪均与所述上位机电连接。
可选地，所述透明样品瓶包括矩形瓶，所述透明样品瓶相对的两个侧面分别垂直于所述太赫兹发生器和太赫兹探测器之间的光路。
可选地，所述太赫兹发生器包括平行设置的太赫兹源、斩波器和第一棱镜，所述太赫兹源、斩波器和第一棱镜的水平轴线重合，所述第一棱镜包括对称设置的两个凸透镜。
可选地，所述太赫兹探测器包括平行设置的第二棱镜和太赫兹接收器，所述第二棱镜与第一棱镜对称设置，所述第二棱镜和太赫兹接收器和所述第一棱镜的水平轴线重合。
可选地，所述太赫兹源包括返波管。
可选地，所述太赫兹接收器包括肖特基二极管的超外差式接收器。
本申请提供的绝缘油水分含量检测装置的有益效果包括：
本申请提供的绝缘油水分含量检测装置，将绝缘油中水含量的信息通过太赫兹波的差异显示出来，经过放大处理，精度将会大大提高；利用上位机实现自动化控制，操作简便，自动化程度高；另外，本申请在测试油中水分时不需要添加化学药剂就能检测出绝缘油中水分含量，对环境友好；本申请提供的绝缘油水分含量检测装置对样品测量后，样品几乎不会发生变化，测量后的样品可以回收利用，能够达到无损检测。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种绝缘油水分含量检测装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种太赫兹波透射成像示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
太赫兹信号具有很强的穿透力，连续太赫兹成像能够检测电磁波透过样品或经样品反射后的强度信息，具有较高的辐射功率、***简单、价格低、成像速度快、使用方便等特点。
参见图1，为本申请实施例提供的一种绝缘油水分含量检测装置的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供的绝缘油水分含量检测装置，包括太赫兹发生器1、样品测试器2、太赫兹探测器3及上位机4。
太赫兹发生器1与太赫兹探测器3匹配，太赫兹发生器1与太赫兹探测器3之间设置有样品测试器2。
太赫兹发生器1包括平行设置的太赫兹源11、斩波器12和第一棱镜13，太赫兹源11、斩波器12和第一棱镜13的水平轴线重合，第一棱镜13包括对称设置的两个凸透镜。其中，太赫兹源11包括返波管。返波管产生太赫兹波，经斩波器12调制后再经第一棱镜13准直和聚焦，最后将太赫兹辐射聚焦在样品的一个点上。
本申请实施例中，样品为绝缘油，样品设置在样品测试器2内。样品测试器2包括样品台21、二维移动平台22、除湿器23和湿度测试仪24，样品台21上设置有用于装盛绝缘油的透明样品瓶，透明样品瓶包括矩形瓶，透明样品瓶选用厚度较薄的瓶子，方便太赫兹波的透射。透明样品瓶相对的两个侧面分别垂直于太赫兹发生器1和太赫兹探测器3之间的光路。
样品台21位于太赫兹发生器1与太赫兹探测器3之间的焦点平面上，样品台21与二维移动平台22连接。其中，焦点平面是指太赫兹源11经斩波器12调制后再经第一棱镜13准直和聚焦后的焦点所在的一个平面，焦点平面与第一棱镜13准直后、聚焦前的太赫兹波垂直。
二维移动平台22包括Y轴运动组件和Z轴运动组件，二维移动平台22在X轴不移动，其中，X轴是指连接太赫兹发生器1与太赫兹探测器3的水平方向，Z轴是指垂直于X轴的竖直方向，Y轴是指垂直于X轴和Z轴所在平面的方向，Y轴和Z轴均在焦点平面上。Y轴运动组件使得二维移动平台22带动样品台21沿Y轴移动，Z轴运动组件使得二维移动平台22带动样品台21沿Z轴移动，至于Y轴运动组件和Z轴运动组件的具体结构，只要能够相应的实现Y轴运动和Z轴运动即可，本申请实施例不做具体限定。
二维移动平台22与上位机4连接，根据上位机4发送的控制信号控制样品台21在焦点平面上移动。样品台21在焦点平面上移动，使得第一棱镜13聚焦后的太赫兹波照射到绝缘油的不同位点上，太赫兹波透射过绝缘油后，经太赫兹探测器3接收到透射太赫兹波，太赫兹探测器3与上位机4电连接，将透射太赫兹波进行处理，处理后的数据传入到上位机4中进行成像并显示。
除湿器23用于对样品测试器2的内部进行除湿，湿度测试仪24用于检测样品测试器2内的湿度，除湿器23和湿度测试仪24都与上位机4电连接，在每次测试时，都需将样品测试器2中湿度保持在一个预设的定值上，减少空气中水分的干扰。通过上位机4获取湿度测试仪24检测到的样品测试器2的内部湿度，如果湿度超过该定值，则控制除湿器23进行除湿，直到样品测试器2的内部湿度达到该定值。
太赫兹探测器3包括平行设置的第二棱镜31和太赫兹接收器32，第二棱镜31与第一棱镜13对称设置，第二棱镜31和太赫兹接收器32和第一棱镜13的水平轴线重合。
太赫兹接收器32包括肖特基二极管的超外差式接收器。上位机4接收太赫兹接收器32发送的数据，根据透射太赫兹每个位点的振幅进行成像，从而得到整个样品的太赫兹扫描图像。上位机4中设置有数据库，数据库存储有多种绝缘油在不同水分含量下的太赫兹图像数据，样品测试后只需要调用数据库进行对比，则可显示出绝缘油中的水分含量。
本申请实施例中，数据库中多种绝缘油在不同水分含量下的太赫兹图像数据，是采用连续太赫兹成像技术对绝缘油中水分进行检测得出的。极性分子和非极性分子对太赫兹辐射的吸收有较大区别，太赫兹辐射照射极性物质时，太赫兹辐射大部分被吸收，太赫兹辐射透射率较低；太赫兹辐射照射非极性物质时，太赫兹辐射几乎不被吸收，透射效率较高。因此在太赫兹照射样品时可以根据透射的太赫兹强度判定样品中极性物质的数量。绝缘油是非极性物质，水是极性物质，当绝缘油中含水量不同时，用同种强度的太赫兹辐射照射时，透射的太赫兹辐射将会不同，通过检测透射的太赫兹信号的强弱就可以判断绝缘油中水分的含量。
太赫兹图像具体通过记录透射光的振幅从而对样品进行成像。参见图2，为本申请实施例提供的一种太赫兹波透射成像示意图，图2中，样品左边为入射太赫兹波，样品右边为透射太赫兹波。如图2所示，由菲聂耳定律根据菲聂耳原理，当太赫兹与样品相互作用后代表振幅变化的透射系数t可由式(1)获得：
(1)式中，n1为空气的折射率，n2为样品的折射率；θi为入射角，θt为折射角。当太赫兹垂直照射样品时，θi＝θt＝0，透射系数简化为：
当太赫兹透过厚度为d的样品时，其相位发生变化，相位变化由传输因子决定：
没有样品时，太赫兹在空气中传输：
Eair＝E0(ω)Pair(ω,z) (4)
当太赫兹通过厚度为d的样品时：
E(ω)＝E0(ω)Pair(ω,(z，d)t01Psample(ω,d)t10) (5)
(5)式中，E0为太赫兹波到达样品表面时的电场功率，t01是空气到样品的透射系数，t10为样品到空气的透射系数，Psample为太赫兹透过样品后的相位变化量。因此，太赫兹透射成像的传输函数可为：
将样品放在一个样品台21上，移动样品台21，使得太赫兹垂直透射在样品的所有位点，每个位点都将会产生一个(6)所示的传输函数，将每个位点产生的不同传输函数用不同的颜色表示，将会得到整个样品的太赫兹扫描图像。
由上述实施例可见，本申请实施例提供的绝缘油中水分检测装置，将绝缘油中水含量的信息通过太赫兹波的差异显示出来，经过放大处理，精度将会大大提高；利用上位机实现自动化控制，操作简便，自动化程度高；本申请在测试油中水分时不需要添加化学药剂就能检测出绝缘油中水分含量，对环境友好；本申请提供的绝缘油水分含量检测装置对样品测量后，样品几乎不会发生变化，测量后的样品可以回收利用，能够达到无损检测。
由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。
Claims (7)
1.一种绝缘油水分含量检测装置，其特征在于，包括太赫兹发生器(1)、样品测试器(2)、太赫兹探测器(3)及上位机(4)，其中，
所述太赫兹发生器(1)与太赫兹探测器(3)匹配，所述太赫兹发生器(1)与太赫兹探测器(3)之间设置有所述样品测试器(2)；
所述样品测试器(2)包括样品台(21)和二维移动平台(22)，所述样品台(21)上设置有用于装盛绝缘油的透明样品瓶，所述样品台(21)位于所述太赫兹发生器(1)与太赫兹探测器(3)之间的焦点平面上，所述样品台(21)与二维移动平台(22)连接，所述二维移动平台(22)控制所述样品台(21)在所述焦点平面上移动；
所述上位机(4)分别与所述太赫兹探测器(3)、太赫兹探测器(3)和二维移动平台(22)电连接。
2.如权利要求1所述的绝缘油水分含量检测装置，其特征在于，所述样品测试器(2)还包括除湿器(23)和湿度测试仪(24)，所述除湿器(23)和湿度测试仪(24)均与所述上位机(4)电连接。
3.如权利要求1所述的绝缘油水分含量检测装置，其特征在于，所述透明样品瓶包括矩形瓶，所述透明样品瓶相对的两个侧面分别垂直于所述太赫兹发生器(1)和太赫兹探测器(3)之间的光路。
4.如权利要求1所述的绝缘油水分含量检测装置，其特征在于，所述太赫兹发生器(1)包括平行设置的太赫兹源(11)、斩波器(12)和第一棱镜(13)，所述太赫兹源(11)、斩波器(12)和第一棱镜(13)的水平轴线重合，所述第一棱镜(13)包括对称设置的两个凸透镜。
5.如权利要求4所述的绝缘油水分含量检测装置，其特征在于，所述太赫兹探测器(3)包括平行设置的第二棱镜(31)和太赫兹接收器(32)，所述第二棱镜(31)与第一棱镜(13)对称设置，所述第二棱镜(31)和太赫兹接收器(32)和所述第一棱镜(13)的水平轴线重合。
6.如权利要求5所述的绝缘油水分含量检测装置，其特征在于，所述太赫兹源(11)包括返波管。
7.如权利要求5所述的绝缘油水分含量检测装置，其特征在于，所述太赫兹接收器(32)包括肖特基二极管的超外差式接收器。
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