基于激光成像的六氟化硫泄漏检测系统—扫描及激光器控制部分的研究

论文摘要

六氟化硫（SF6）气体有着优异绝缘性能和良好的稳定性,因而在气体绝缘断路器和气体绝缘的金属封闭式组合电器（GIS）等大型电力设备中得到了广泛的应用。应用SF6的设备最大的问题是经常会发生泄漏,这不但会减少设备寿命,严重的甚至引发系统故障,同时泄漏的SF6气体会造成温室效应。又因为SF6无色无味的物理特性使得SF6泄漏检测问题一直是个难题,特别是寻找直接的泄漏点更是困难。本文介绍了基于激光成像技术的六氟化硫泄漏检测系统。整个系统包括:信号调理放大电路、激光扫描控制电路、信号高速采集电路、PC图像显示处理软件等模块。本文在介绍系统总体设计方案基础上,着重介绍激光扫描控制系统的设计。激光输出控制、功率控制、振镜扫描等部分是系统的重点也是本论文的重点。激光扫描控制系统采用单片机和CPLD作为主控芯片,采用uC/OS-II作为嵌入式实时操作系统,实现了对激光器温度、激光器输出功率、检流式振镜同步扫描、系统稳定性和安全性等的监测与控制功能,并通过总线系统与信号采集板进行通信。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 六氟化硫气体泄漏检测
• 1.1.1 六氟化硫气体简介
• 1.1.2 六氟化硫气体泄漏问题
• 1.1.3 六氟化硫气体泄漏监测方法以及研究现状
• 1.2 基于激光成像的六氟化硫气体泄漏检测方法
• 1.3 本文的主要工作和章节安排
• 第二章 系统设计方案
• 2.1 概述
• 2.2 激光成像的原理
• 2.3 系统结构与功能
• 2.4 激光器
• 2.5 光路设计
• 2.5.1 光路总体设计
• 2.5.2 光束分离设计
• 2.6 红外探测器
• 2.6.1 探测器材料及冷却方法
• 2.6.2 系统红外探测器选型
• 2.7 传感器信号调理
• 2.7.1 传感器信号前置处理和放大
• 2.7.2 VGA 放大电路
• 2.8 高速数据采集系统
• 第三章 激光扫描系统设计
• 3.1 概述
• 3.2 振镜扫描系统设计
• 3.2.1 振镜扫描原理
• 3.2.2 振镜扫描系统控制
• 3.3 激光器控制电路
• 3.4 激光扫描控制板设计
• 3.4.1 激光扫描控制板主控芯片C8051F040
• 3.4.2 可编程逻辑器件CPLD
• 3.4.3 扫描同步控制电路设计
• 3.4.4 激光功率控制电路设计
• 3.4.5 激光器和机箱的温度控制电路设计
• 3.4.6 振镜扫描异常监测和激光安全输出电路设计
• 第四章 软件调试与实验结果
• 4.1 概述
• 4.2 实时操作系统uC/OSII 简介
• 4.3 uC/OSII 在C8051F040 上的移植
• 4.4 编写C8051F040 程序
• 4.5 编写CPLD 程序
• 4.6 系统 I2C 总线通信
• 4.6.1 I2C 总线的工作原理
• 4.6.2 F040 种的 I2C 总线（SMBus0）
• 4.6.3 激光扫描板中 I2C 应用
• 4.7 实验结果PC 显示
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文