光纤六氟化硫气体密度测量

摘要

六氟化硫断路器具有电气寿命长、结构简单、维护少等优点,在高电压领域得到了越来越广泛的应用.对SF<,6>断路器中气体的检漏是保证断路器正常安全运行的重要措施之一.本课题研究SF<,6>气体密度的检测方法.本文从介绍折射度的概念和性质出发,建立了气体密度与折射率之间的关系.从原理上分析了基于折射率敏感的SF<,6>气体密度测量的可行性.根据SF<,6>气体应用场合的特点,提出了基于光线偏转量的测量获得其密度的方案.利用PSD对光点位置的高分辨力的测量优势,设计了由光路部分和信号处理部分组成的SF<,6>气体密度测量系统.通过实验,具体掌握了PSD的温度特性、频率响应特性及光强改变对PSD输出性能的影响;用溶液代替气体,进行了溶液浓度测量实验,实验结果验证了所提出密度测量方案的可行性.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

1绪论

1.1课题的应用背景

1.2课题的研究意义

1.3研究现状

1.4相关产品

1.5光纤传感器特点及简要概况

1.5.1光纤传感器的特点

1.5.2光纤传感器的发展概况

1.6六氟化硫气体

1.7课题的主要任务

1.8本章小结

2方案的选择及系统设计

2.1间接测量法

2.1.1 SF6气体密度间接测量法的原理

2.1.2间接测量法的应用实例

2.1.3机械式和电子式的对比

2.2直接测量法

2.2.1频率测量法

2.2.2基于光纤扰模的测量方法

2.2.3气体吸收法

2.3光纤气体传感器

2.3.1光纤气体传感器的要求

2.3.2光纤气体传感器的特点

2.3.3系统方案的选定

2.4本章小节

3密度测量原理及位置敏感探测器件PSD

3.1气体的折射度

3.1.1折射度概念的提出

3.1.2 SF6折射率数据的获取

3.2密度测量原理

3.3位置敏感探测器PSD

3.3.1半导体p-n结中的横向光电效应

3.3.2 PSD的结构及工作原理

3.3.3 PSD的类型及特性参数

3.3.4实验选用的一维PSD的特性参数

3.3.5位置敏感探测器PSD的优点

3.4光纤的选择

3.5本章小节

4密度测量系统试验装置的硬件设计及实现

4.1光源的选择及驱动电路的设计

4.1.1系统光源的选择

4.1.2光源驱动电路的设计

4.1.3 V/F变换器LM331

4.1.4 V/F变换电路的设计

4.2 PSD信号处理电路的设计

4.3带通滤波器的设计

4.3.1 MAX275芯片

4.3.2 15kHz带通滤波器电路设计

4.4 AD539及除法电路的设计

4.5本章小节

5 PSD特性实验及密度测量方案验证

5.1实验方法及实验对象的选取

5.1.1实验对象的选择

5.1.2实验平台介绍

5.2 PSD温度特性实验

5.3 PSD光源功率稳定性实验

5.4系统方案验证实验及结果

5.4.1实验方法

5.4.2实验结果

5.5直流驱动实验数据计算及分析

6浓度测量改进方案实验及数据分析

6.1 PSD的频率响应实验

6.2 MAX275滤波器频率响应实验

6.3交流驱动光笔实验及结果

6.4交流驱动实验数据计算及分析

6.5实验结论

7结论

参考文献

附录 整体电路图

在学研究成果

致谢