本发明专利技术涉及红外传感器技术领域，具体是一种利用红外光谱吸收原理的有关NDIR红外SF6传感器装置及方法，包括光学腔体、MEMS光源、红外探测器、探测器电路板和主电路板，光学腔体包括内光管、透气膜和外套壳体，传感器光学腔体采用对流式扩散结构和双层透气膜结构；主电路板电路包括电源管理电路及传感器红外光源驱动电路，传感器红外光源驱动电路为恒功率驱动；主电路板上设有输出接口UART、RS-485串行通信电路、4-20mA变送器电路。本装置采用对流式扩散设计，响应时间快，双层透气膜设计响应时间短，提高湿气干扰能力；采用恒定功率驱动电路，探测器信号放大采用仪表放大形式，使得模组在硬件上的模拟信号的长期稳定性有所提高；输出接口多样化，兼容性高。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】一种有关NDIR红外SF6传感器装置及方法 本专利技术涉及红外传感器
，具体是一种利用红外光谱吸收原理的有关NDIR 红外SF6传感器装置及方法。 随着当今科技的发展，SF6气体的应用领域不断扩展，如：电力、环保、冶金和微电 子等众多领域。在电力行业，SF6主要用作电气绝缘介质和灭弧剂。SF6作为绝缘介质，在保 证电气设备运行安全可靠的同时，可使设备小型化，降低了设备成本。目前大多数大功率变 压器、高压断路器、气体绝缘组合开关电器、互感器等都使用SF6做绝缘介质，极大地降低了 火花放电和电弧对设备造成的危害。另外，SF6还用于各种加速器、超高压蓄电器、同轴充气 电缆和微波传输的绝缘介质。 全球每生产大约8500吨SF6气体中，约有一半以上用于电力行业，其中，80 %用于 中高压电力设备中。3&用于电气设备中，一方面可使设备小型化，另一方面增强了绝缘设 备的可靠性。但是，由于电力设备的制造工艺、安装方法和设备老化等因素，高压设备中的 SF6气体也会存在泄漏现象。SF6气体一旦发生泄漏，对电力设备、人身安全和环境的危害表 现在四个方面：第一，SF6气体的绝缘强度和灭弧能力取决于SF6气体的密度。当SF6气体 泄漏时，会导致设备的绝缘强度降低，以及断路器等气室的开断容量降低，影响电力设备的 可靠运行。第二，由于水分等杂质的影响，电弧放电会导致3? 6产生分解，而这些分解物会 对人的皮肤、黏膜等产生刺激作用，如果大量吸入，会引起肺水肿和头晕，甚至有致人死亡 的可能。第三，SF6是人造温室效应气体之一，并具有严重的危害，因为SF6气体比CO2对温 室效应的影响大得多。此外，SF6气体性质稳定，难以分解，当在环境中达到一定量时，会对 环境产生严重影响。 针对这一问题，《电业安全工作规程》（发电厂和变电站部分）规定，装有SF6设备 的配电室必须保证SF6*度小于lOOOppm，除须装设强力通风装置外，还必须安装能报警的 氧含量和SF6气体浓度检测装置。可见，为保障人员安全和设备正常工作，对高压设备附近 SF6含量的检测具有十分重要的意义，而且，越早发现泄漏也就越能降低危险的可能性。 国内市场SF6传感器模组，市场占有量最大的是德国smartgas的SF6模组。从2008 年至今，该模组一直是国内电力行业内最大的供应商。这个模组的不足之处是零点漂移频 繁，用户需要定期校准零点；光学核心部分是塑料镀金，材质脆，容易破碎；默认工作温度 范围是0到50度，不适合宽的温度范围，比如从-20到60°C，国内一些电力高压设备安装位 置有的在野外，环境温度超过50度也是常有的；采用海面做透气膜，透气性好，但是抵抗湿 气的能力差；接口单一，只有UART输出，把基本的电源+、电源地-、RX、TX四线制硬件上做 成三线制，即把RX和TX复用，增加客户硬件上复杂度和软件上的解码难度。 本专利技术针对以上SF6传感器模组存在的工作温度范围小、抵抗湿气能力差、零点 漂移和客户接口单一等问题，在结构设计和电路设计上做了对应性的改进，设计一种使用 温度范围宽泛、减少湿气干扰、气体扩散速度快、性能稳定并可提供多种客户接口的有关 NDIR红外SF6传感器装置及方法。 为了实现上述目的，设计一种有关NDIR红外SF6传感器装置，包括光学腔体、MEMS 光源、红外探测器、探测器电路板和主电路板，所述的光学腔体包括内光管10、透气膜1和 外套壳体2,所述的内光管10与外套壳体2为紧配合结构，两端间隙部分灌满环氧树脂，外 套壳体2和主电路板9之间通过螺钉8固定，外套壳体2右部探测器电路板上的6芯排针 13与主电路板9焊接在一起，外套壳体2顶部和底部均设有透气槽；所述的光源5设在外 套壳体左内腔的光源侧板7上，探测器11焊接在探测器侧板12上；所述的传感器光学腔体 采用对流式扩散结构和双层透气膜结构；所述的主电路板电路包括电源管理电路及传感器 红外光源驱动电路，所述的传感器红外光源驱动电路为恒功率驱动；所述的主电路板上设 有输出接口UART、RS-485串行通信电路、4-20mA变送器电路以及单总线的三线制UART接 口电路。 所述的对流式扩散结构为：外套壳体2是一种长方体外形，顶端开透气槽，贴有透 气膜1，底部开放，侧板上设有较长透气槽，并罩有透气罩6,所述的外套壳体2和主电路板 利用螺钉8和排线13连接。 内光管10圆周上设有透气孔，圆周包裹透气罩6,红外光源5和探测器11分别安 装在内光管10的左右两端，红外光源5的电源引线顺着外套壳体2内侧引到对面探测器侧 板12上。 所述的电源管理电路由MCU控制电路、信号采集与调理电路、温度补偿电路、光 源驱动电路、接口 /通讯电路组成，所述的电源管理电路的信号端连接MCU控制电路的信 号端，在MCU控制电路的三个数模信号转换端分别设有信号采集与调理电路及温度补偿电 路，在MCU控制电路的两个输出信号端分别连接光源驱动电路及接口 /通讯电路。 所述的传感器红外光源驱动电路由芯片U9的1号管脚连接电阻Rll、R12及三极 管Q6的集电极，三极管Q6的发射极连接LAMP+端，并抽头一端串联电阻R14及电阻R28后 接地，电阻R14及电阻R28之间引出一端作为输出端Vout，芯片U9的2号管脚连接至VIN7V 输入端，芯片U9的3号管脚连接高电平电压VCC5V，并抽头一端连接电容C7后接地，芯片 U9的5号、7号、9号管脚接地，芯片U9的15号管脚接UlO的2号管脚，3号管脚接电阻R61 后接地，并抽头一端连接电阻R60后接高电平电压VCC5V，电阻R61两端并联电容C33,UlO 的8号管脚接VIN7V，并抽头一端接极性电容C52后接地，极性电容C52两端并联电容C32， UlO的1号管脚连接电阻R24后接至三极管Q6的基极，UlO的1号管脚抽头两端，一端连接 二极管D2后接至三极管Q7的集电极，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极连接电阻 R27后接至DRIVER端，UlO的1号管脚另一端连接极性电容C6,所述的芯片U9采用功率监 视芯片MAX42IlEEUE。 所述的RS-485串行通信电路的运算放大器模块U4A的4号管脚连接TXD端，运算 放大器模块U4A的2号、3号管脚相接后接至EN_SP端，并抽头一端连接电阻R77后接地， U4A的1号脚接电阻R76后接至VCC3. 3V，U4A的6号管脚接有电阻R71后接至VCC5V，并抽 头一端依次连接电阻R74、保险丝Fl后作为485A输出端，运算放大器模块U4A的7号管脚 依次连接电阻R75、保险丝F2后接至485B输出端，运算放大器模块U4A的6号、7号管脚之 间并联电阻R73,电阻R73两端并联稳压管D5及D6,稳压管D5及D6的负极接地，运算放大 器模块U4B的一端接VCC5V，另一端接地，，运算放大器模块U4B的两端并联电容C48。 所述的4-20mA变送器电路由芯片U16控制，芯片U16的1号管脚接高电平电压 VCC8V，并抽头一端连接电容C61后接地，芯片U16的2号管脚接至三极管Qll的发射极，并 抽头一端连接电阻R83后接至MOS管Q12的源极，芯片U16的3号管脚接三极管Qll的集 电极后接至MOS管Q12的门极本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种有关NDIR红外SF6传感器装置，包括光学腔体、MEMS光源、红外探测器、探测器电路板和主电路板，所述的光学腔体包括内光管(10)、透气膜(1)和外套壳体(2)，其特征在于所述的内光管(10)与外套壳体(2)为紧配合结构，两端间隙部分灌满环氧树脂，外套壳体(2)和主电路板(9)之间通过螺钉(8)固定，外套壳体(2)右部探测器电路板上的6芯排针(13)与主电路板(9)焊接在一起，外套壳体(2)顶部和底部均设有透气槽；所述的光源(5)设在外套壳体左内腔的光源侧板(7)上，探测器(11)焊接在探测器侧板(12)上；所述的传感器光学腔体采用对流式扩散结构和双层透气膜结构；所述的主电路板电路包括电源管理电路及传感器红外光源驱动电路，所述的传感器红外光源驱动电路为恒功率驱动；所述的主电路板上设有输出接口UART、RS‑485串行通信电路、4‑20mA变送器电路以及单总线的三线制UART接口电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张永怀，杨帮华，陈军，
申请(专利权)人：上海申渭电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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