[發明專利]一種基于可編程放大器的寬范圍微水測量系統

無效

• 申請號: 201310309734.3
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103411902A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 常軍;田均強;朱存光;王強;劉永寧;魏巍;高婷;孔德龍;宋復俊
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31;G01N21/35
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 許德山

技術領域

本發明涉及一種氣體檢測系統，具體涉及可編程放大器實現自動化調節寬范圍測量氣體中微水含量的系統，屬光纖微水測量技術領域。

背景技術

在多種氣體中，如空氣、天然氣和SF6氣體等，都會含有少量的水汽。當應用到各行業中的時候，氣體中水汽含量的要求就相當嚴格了。

在氣體絕緣開關(GIS)和超高壓輸變電設備中，經常用到SF6等絕緣和滅弧氣體。其微水含量的高低直接影響到設備的可靠性以及安全性，如果設備內的SF6氣體外泄，同時氣體中水含量增加，當SF6氣體中微水含量升高到一定濃度時，SF6氣體的電弧分解物會水解產生毒性氣體，對設備化學腐蝕，嚴重影響設備的正常運行，將導致高壓電氣設備出現安全隱患抑或導致事故的發生。

天然氣在傳輸的過程中首先要進行凈化處理，而水分是天然氣中重要的污染物之一，在天然氣的凈化處理和傳輸的各個階段都需要實時監測水分含量，過多的水分含量會導致管道中的水化物的形成以及運輸管道的腐蝕，可能導致嚴重的安全事故以及高昂的停運成本，水分含量的超標也會降低天然氣的品質和熱值。

專利“一種基于掃描法的微水檢測系統”[山東大學，中國發明專利，CN102226759A，2011-10-26]和專利“一種波長掃描的內腔式氣體檢測系統和方法”[山東大學，中國發明專利，CN101975752A，2011-02-16]中提到采集光電探測器經放大和濾波后的信號數據，將其存儲到計算機中；然而由于數據采集卡的采集范圍有限以及光電探測器在達到一定閾值后會產生飽和現象，導致該測量方法測量的水汽含量范圍有限，無法實現測量范圍從高濃度到低濃度的變化。

本發明中，提出了一種基于可編程放大器寬范圍微水測量系統。這個方法借助激光氣體光譜吸收電路，結合可編程放大器，實現對水分含量的寬范圍檢測，可以最大可能的減少測試對電氣設備的影響，同時實時獲取數據，保障超高壓電氣設備的正常運行。

發明內容

為克服現有技術存在的缺陷與不足，本發明提出了一種基于可編程放大器的寬范圍微水測量系統。

本發明采用的技術方案如下：

一種基于可編程放大電路的寬范圍微水測量系統，包括中央控制電路、數模轉換模塊、DFB激光器、光纖準直器、光電轉換器、可編程放大電路和模數轉換模塊，其特征在于中央控制電路連接至數模轉換模塊，數模轉換模塊的模擬信號輸出端連接至DFB激光器，DFB激光器的輸出端經其尾纖接入光纖準直器，光纖準直器的輸出端連接到光電轉換器的輸入端面，光電轉換器的輸出端連接到可編程放大電路的輸入端，可編程放大電路的控制端與中央控制電路相連；可編程放大電路的輸出端接入模數轉換模塊的輸入端，模數轉換模塊的輸出端連接到中央控制電路，中央控制電路根據采集到的信號大小反饋調整可編程放大電路的放大倍數；

所述可編程放大電路包括集成塊U101、電容C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40和電阻R9，集成塊U101型號為AD8321，其中電阻R9和電容C32相連接組成是一個低通濾波器，連接點接到AD8321的引腳2，該低通濾波器對輸入到可編程放大電路的時鐘進行的濾波，AD8321的引腳1、引腳2經電阻R9、引腳3、引腳6連接到中央控制電路的IO管腳上，實現中央控制電路對可編程放大電路的控制，AD8321的正相輸入端即引腳18通過串接電容C38與地相連，反相輸入端即引腳19與前級光電轉換器的輸出端相連接，AD8321的輸出端即引腳10連接到模數轉換模塊的輸入端；

所述數模轉換模塊包括數模轉換芯片U11和電容C23、C24，芯片U11型號為TLC5615，其中電容C23連接在TLC5615的引腳5和8之間以實現對U11供電電源的濾波，電容C24連接在TLC5615的引腳5和6之間以實現對數模轉換模塊參考電壓的濾波；TLC5615的引腳1和中央控制電路相連接，引腳7和DFB激光器相連接；

所述模數轉換模塊包括模數轉換芯片U21和電阻R4、電容C25，芯片U21型號為MAX1287，其中電阻R4和電容C25相連接并接到芯片的供電電源處，電阻R4的另一端接到MAX1287的引腳1處，電容C25的另一端接地，即MAX1287的引腳4處，電容C25對MAX1287的供電電源起濾波作用；MAX1287的引腳2和可編程放大電路相連接，MAX1287的引腳7和中央控制電路相連接。

所述的中央控制電路是LPC1756嵌入式Cortex-M3處理器。

所述的光電轉換器是PIN光電轉換器。