[发明专利]一种基于微米尺度传感器的铜金属蒸气浓度检测系统

说明书

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-I_b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、信号转换模块、信号放大模块、以及信号采集模块，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，并输出至信号转换模块；所述信号转换模块包括高精密运算放大器，利用高精密运算放大器将所述电流信号转换为电压信号，并输出至信号放大模块；所述信号放大模块包括仪表放大器，利用所述仪表放大器对所述电压信号进行放大，并输出至信号采集模块；所述信号采集模块实现对所述电压信号的滤波、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-电压信号转换模块、信号放大模块以及信号采集模块外部套有电磁屏蔽罩，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模块中，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模块中，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，所述信号采集模块基于ARM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、信号转换模块；3、信号放大模块；4、信号采集模块。

具体实施方式