本發(fā)明涉及一種利用催化發(fā)光原理對(duì)六氟化硫進(jìn)行監(jiān)測(cè)的模型，具體是涉及一種遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的嵌入式裝置。

背景技術(shù)：

在電力工程領(lǐng)域，六氟化硫通常被用作電負(fù)性氣體。由于六氟化硫氣體具有良好的絕緣和滅弧性能，主要應(yīng)用于以下幾種電氣設(shè)備：六氟化硫斷路器，六氟化硫負(fù)載開(kāi)關(guān)設(shè)備，六氟化硫絕緣輸電管道和六氟化硫絕緣變電站變壓器等高壓功率器件。高純度的六氟化硫是重要的電子蝕刻劑，已被廣泛應(yīng)用于微電子技術(shù)。當(dāng)六氟化硫氣體注入高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定的壓力，這增加了氣體泄漏的可能性，這種六氟化硫的泄漏在與空氣中與足夠的氧結(jié)合之后會(huì)產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物。一旦六氟化硫氣體遇到高壓或高溫，它將產(chǎn)生二氧化硫，氟化氫等副產(chǎn)物。因此，六氟化硫的檢測(cè)對(duì)于設(shè)備安全和環(huán)境保護(hù)十分重要。

目前，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，傳感設(shè)備按約定的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。實(shí)現(xiàn)環(huán)境及狀態(tài)信息實(shí)時(shí)的共享以及智能化的收集、傳遞、處理、執(zhí)行是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。在環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用多種類型的傳感器和分布廣泛的傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)對(duì)象的實(shí)時(shí)狀態(tài)的獲取和特定對(duì)象行為的監(jiān)控?，F(xiàn)有六氟化硫氣體監(jiān)測(cè)儀器大多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本昂貴，前處理步驟繁瑣、易污染、樣品損失嚴(yán)重，不能很好的實(shí)現(xiàn)氣體的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。因此，低成本、低能耗、實(shí)時(shí)的六氟化硫氣體檢測(cè)裝置研制顯得至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種低成本、低能耗、實(shí)時(shí)的六氟化硫遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的嵌入式催化發(fā)光圖像傳感裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是：六氟化硫遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的嵌入式催化發(fā)光圖像傳感裝置，包括氣體進(jìn)口、蠕動(dòng)泵、玻璃管、圖像采集處理模塊、通氣導(dǎo)管、傳感器陣列、催化材料、廢氣排出口、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)、ARM板卡、溫度控制器、數(shù)據(jù)傳輸模塊、無(wú)線通訊和上位機(jī)。

通氣導(dǎo)管的進(jìn)氣端口為所述嵌入式催化發(fā)光圖像傳感裝置的氣體進(jìn)口，蠕動(dòng)泵設(shè)于通氣導(dǎo)管上，通氣導(dǎo)管的出氣端口與玻璃管相連，傳感器陣列設(shè)于玻璃管內(nèi)，催化材料設(shè)于傳感器陣列的上表面，玻璃管上開(kāi)有廢氣排出口，溫度控制器與傳感器陣列相連，溫度控制器、圖像采集處理模塊、蠕動(dòng)泵、數(shù)據(jù)傳輸模塊均與ARM板卡雙向連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊使用無(wú)線通訊方式與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。上位機(jī)內(nèi)安裝有Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。

進(jìn)一步，所述蠕動(dòng)泵用于控制六氟化硫氣體進(jìn)入通氣導(dǎo)管的流量，流量的控制范圍為0-400 mL/min。

所述玻璃管用于提供六氟化硫氣體與催化材料產(chǎn)生發(fā)光反應(yīng)的場(chǎng)所，傳感器陣列放置于玻璃管內(nèi)部，邊長(zhǎng)為180-220 mm （優(yōu)選200 mm），厚度為7-9 mm （優(yōu)選8mm）。傳感器陣列用于給六氟化硫氣體和催化材料產(chǎn)生發(fā)光反應(yīng)提供溫度條件；傳感器陣列的溫度由溫度控制器控制，溫度控制范圍為0-500 ^oC。

進(jìn)一步，所述催化材料涂抹于傳感器陣列表面，厚度為0.3-0.7 mm （優(yōu)選0.5mm），用于和六氟化硫產(chǎn)生發(fā)光反應(yīng)。六氟化硫氣體與催化材料發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生的廢氣從廢氣排出口排出，同時(shí)產(chǎn)生出大量的、具有不同發(fā)光強(qiáng)度的圖像信息，圖像最終被圖像采集處理模塊采集。即圖像采集處理模塊，采集六氟化硫氣體與催化材料發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生的圖像信息。

所述ARM板卡用于控制蠕動(dòng)泵、圖像采集處理模塊和溫度控制器的運(yùn)行參數(shù)，包括蠕動(dòng)泵的流量參數(shù)，圖像采集處理模塊的電壓參數(shù)，溫度控制器的溫度參數(shù)。從蠕動(dòng)泵傳輸過(guò)來(lái)的反應(yīng)氣體流速，從溫度控制器傳輸過(guò)來(lái)的反應(yīng)溫度，從圖像采集處理模塊傳輸過(guò)來(lái)的發(fā)光圖像信息被ARM板卡存儲(chǔ)和輸出；再經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸模塊以無(wú)線通訊方式傳輸至上位機(jī)；

所述上位機(jī)用于接收從ARM板卡、數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理，提供被監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息。

ARM板卡可選用OK6410型號(hào)的ARM11板卡，其價(jià)格低，體積小，外圍接口引出腳有320個(gè)。板對(duì)板之間采用高品質(zhì)的連接器，堅(jiān)固耐用，所有的鍍金工藝可以保證板卡長(zhǎng)時(shí)間在惡劣的環(huán)境下運(yùn)行。操作系統(tǒng)軟件支持Linux、WinCE、Android和uC/OS-II等。ARM板卡自帶wifi接口，為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸提供強(qiáng)有力支撐。

所述數(shù)據(jù)傳輸模塊內(nèi)部支持TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，其內(nèi)部分為IP模塊和GPRS/CDMA模塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊價(jià)格低、傳輸性能穩(wěn)定，適用于主機(jī)不支持TCP/IP協(xié)議棧的情況，支持SOCKET和SerialNET透明傳輸兩種工作模式。數(shù)據(jù)傳輸模塊使用無(wú)線通訊方式與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

進(jìn)一步，所述無(wú)線通訊方式可以選用GSM網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙或WIFI或無(wú)線路由，保障無(wú)線通訊的成功率；

所述圖像采集處理模塊用于采集發(fā)光圖像信號(hào)；圖像采集處理模塊具有電、磁、光屏蔽功能，圖像采集處理模塊支持256倍的像素增益變換，可以實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)采集，測(cè)量精度高。

進(jìn)一步，傳感器陣列為2 x 2陣列，所用催化材料包括氧化錫（SnO₂）、 氧化鐵（Fe₂O₃）、 氧化鑭（La₂O₃）和氧化鋅（ZnO）。

本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)六氟化硫催化發(fā)光傳感圖像信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，傳感響應(yīng)時(shí)間短，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）現(xiàn)有檢測(cè)儀器前處理步驟繁瑣、易污染、樣品損失嚴(yán)重，從而使測(cè)定的干擾增加、回收率降低，在本發(fā)明傳感器端得以優(yōu)化和處理。數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式傳輸至上位機(jī)，有利于提升儀器監(jiān)測(cè)的智能化和實(shí)時(shí)性。

（2）本發(fā)明采用的催化發(fā)光分析方法靈敏度高、實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單，不需要外部光源，減少了外來(lái)光源的干擾，有利于提高待測(cè)氣體檢測(cè)的準(zhǔn)確度和靈敏度，并且易于器件微型化。

（3）基于固體催化材料的發(fā)光傳感器陣列沒(méi)有發(fā)光試劑不斷被消耗和脫落的缺點(diǎn)，并具有可逆性，穩(wěn)定性好和壽命長(zhǎng)，可以重復(fù)使用。由于催化材料可以選擇性的催化氧化待測(cè)氣體，而且可以通過(guò)改變檢測(cè)過(guò)程中的載氣流速和工作溫度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)傳感器陣列的良好選擇性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明嵌入式催化發(fā)光圖像傳感裝置整體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明傳感器陣列各單元材料分布圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明之六氟化硫遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的嵌入式催化發(fā)光圖像傳感裝置,包括氣體進(jìn)口U1、蠕動(dòng)泵U2、玻璃管U3、圖像采集處理模塊U4、通氣導(dǎo)管U5、傳感器陣列U6、催化材料U7、廢氣排出口U8、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)U9、ARM板卡U10、溫度控制器U11、數(shù)據(jù)傳輸模塊U12、無(wú)線通訊U13和上位機(jī)U14。

通氣導(dǎo)管U5的進(jìn)氣端口為所述嵌入式催化發(fā)光圖像傳感裝置的氣體進(jìn)口U1，蠕動(dòng)泵U2設(shè)于通氣導(dǎo)管U5上，通氣導(dǎo)管U5的出氣端口與玻璃管U3相連，傳感器陣列U6設(shè)于玻璃管U3內(nèi)，催化材料U7設(shè)于傳感器陣列U6的上表面，玻璃管U3上開(kāi)有廢氣排出口U8，溫度控制器U11與傳感器陣列U6相連，溫度控制器U11、圖像采集處理模塊U4、蠕動(dòng)泵U2、數(shù)據(jù)傳輸模塊U12均與ARM板卡U10雙向連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊U12通過(guò)無(wú)線通訊U13與上位機(jī)U14無(wú)線連接。上位機(jī)U14內(nèi)安裝有Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。

所述氣體進(jìn)口U1是六氟化硫氣體的入口；

所述蠕動(dòng)泵U2用于控制從氣體進(jìn)口U1進(jìn)入的六氟化硫氣體的流量，流量的控制范圍為0-400 mL/min。蠕動(dòng)泵U2將六氟化硫氣體送入通氣導(dǎo)管U5。

所述玻璃管U3用于提供六氟化硫氣體與催化材料U7產(chǎn)生發(fā)光反應(yīng)的場(chǎng)所。

所述傳感器陣列U6的邊長(zhǎng)為200 mm，厚度為8mm，傳感器陣列U6的溫度由溫度控制器U11控制，溫度控制范圍為0-500 ^oC。

所述催化材料U7涂抹于傳感器陣列U6上表面，厚度為0.5mm。催化材料U7為現(xiàn)有材料。催化材料U7為光催化材料或納米催化材料，光催化材料選用氧化錫（SnO₂）, 氧化鐵（Fe₂O₃）, 氧化鑭（La₂O₃）, 氧化鋅（ZnO）。

六氟化硫氣體與催化材料U7發(fā)生反應(yīng)后產(chǎn)生的廢氣通過(guò)廢氣排出口U8排出，同時(shí)產(chǎn)生不同強(qiáng)度的圖像信號(hào)，圖像信號(hào)最終被圖像采集處理模塊U4采集。

所述ARM板卡U10用于控制蠕動(dòng)泵U2、圖像采集處理模塊U4和溫度控制器U11的運(yùn)行參數(shù)（如蠕動(dòng)泵U2的流量參數(shù)，圖像采集處理模塊U4的電壓參數(shù)，溫度控制器U11的溫度參數(shù)），ARM板卡U10記錄從蠕動(dòng)泵U2傳輸過(guò)來(lái)的反應(yīng)氣體流速，從溫度控制器U11傳輸過(guò)來(lái)的反應(yīng)溫度，從圖像采集處理模塊U4傳輸過(guò)來(lái)的圖像信息，并將這些屬性存儲(chǔ)和輸出；

所述ARM板卡U10可選用OK6410型號(hào)的ARM11板卡，其價(jià)格低，體積小，外圍接口引出腳有320個(gè)。板對(duì)板之間采用高質(zhì)量連接器，堅(jiān)固耐用，鍍金工藝可以保障其長(zhǎng)時(shí)間在惡劣環(huán)境下運(yùn)行。操作系統(tǒng)支持Linux、WinCE、Android和uC/OS-II等。ARM板卡U10帶有wifi接口，為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和信息交互提供有力支撐。

所述數(shù)據(jù)傳輸模塊U12是一款支持TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的模塊，其內(nèi)部含有IP模塊和GPRS/CDMA兩種模塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊U12價(jià)格低、傳輸性能穩(wěn)定，適用于主機(jī)不支持TCP/IP協(xié)議棧的情況，同時(shí)支持SOCKET命令和SerialNET透明傳輸兩種模式。

所述數(shù)據(jù)傳輸模塊U12使用無(wú)線通訊U13方式與上位機(jī)U14實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互；

所述無(wú)線通訊U13方式為GSM網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙或WIFI或無(wú)線路由，可以選擇其中的一種，保障無(wú)線通訊的成功率；

所述上位機(jī)U14接收的數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)于Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)U9中用于數(shù)據(jù)后處理。

所述圖像采集處理模塊U4用于采集發(fā)光圖像信號(hào)；圖像采集處理模塊具有電、磁、光屏蔽功能，圖像采集處理模塊支持256倍的像素增益變換，可以實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍信號(hào)采集，測(cè)量精度高。

參照?qǐng)D2，傳感器陣列U6包括氧化錫（SnO₂）U61, 氧化鐵（Fe₂O₃）U62, 氧化鑭（La₂O₃）U63, 氧化鋅（ZnO）U64。

說(shuō)明書中未詳細(xì)描述的內(nèi)容為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。