一种漏水检测装置及系统

技术领域

本发明涉及一种漏水检测装置及系统，属于高压直流输电设备监测技术领域。

背景技术

换流阀是直流换流站的核心设备，并且换流阀在工作中会产生大量热量，因此，需要对换流阀进行冷却。

目前，高压直流输电换流阀的冷却普遍采用水冷方式。水冷系统是换流阀运行的重要组成部分，同时对其水路的可靠性要求非常高，冷却水的泄漏，不仅严重危害换流阀的安全运行，影响换流阀的冷却能力，而且泄漏的水会影响甚至损坏下层元器件的电气性能，因此需要对换流阀阀塔漏水情况进行在线实时监测。

为此，在高压直流换流阀系统中设置换流阀漏水检测装置，主要功能是监视换流阀水冷系统中水路的漏水情况，根据漏水的严重程度，给保护监控系统发出报警信号。由于换流阀内电磁环境比较复杂，检测装置一般采用抗干扰能力强、传输速率高的光信号作为一种漏水检测的通信方式。从换流阀水冷系统的稳定性和可靠性角度分析，漏水检测装置激光信号的稳定发送和可靠接收，是准确检测出阀塔不同程度的漏水情况和效保护换流阀安全运行的必要条件。

现有常用的激光信号通信方式的检测装置为检测筒浮块型漏水检测装置，该类型检测装置的特点是：在激光通道的两端设置激光发射接口和激光接收接口，在无漏水或者漏水不严重的情况下，浮筒内浮块位置较低，不会遮挡激光信号，激光接收接口可以接收到激光信号，在漏水严重的情况下，浮筒内浮块位置偏高，挡住激光信号，进而使得激光接收接口无法接收到激光信号，以此来判断漏水情况。

然而，这种检测装置由于激光信号的特点，导致激光通道的制作工艺以及安装上要求极高，一旦工艺稍有误差或者外界干扰的情况下就会发生非漏水而进行漏水报警的现象，整体可靠性差。

发明内容

本申请的目的在于提供一种漏水检测装置及系统，用以解决现有检测方式工艺要求高、可靠性差的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种漏水检测装置，包括：

激光通道装置，用于设置在检测容器中；

光发送装置，设于所述激光通道装置的光路前端；

光接收装置，设于所述激光通道装置的光路后端；

控制器，用于控制光发送装置发出光束，且通过接收光接收装置的信号判断是否漏水；

其中，所述激光通道装置中设置有光扩散装置，用于扩散入射光线，形成扩散光束；与所述扩散光束交叉设有浮子通道，浮子通道用于连通检测容器，且浮子通道内设有浮子。

有益效果是：本发明在激光通道装置中设置光扩散装置，使得射入激光通道中的入射光进行扩散，也即光斑进行扩大，在光斑扩大的基础上，激光通道装置在制作时的工艺要求以及安装要求就可以降低，而且光斑扩大后，保证光接收装置可以在没有障碍物的情况下接收到光信号，不会出现因其他干扰而出现判断漏水失误的情况，提高漏水检测的可靠性。

进一步的，为了避免光束在传输过程中损耗过大，所述光扩散装置为准直透镜。

进一步的，为了提高检测的精度，所述光发射装置为激光二极管，所述准直透镜的数值孔径大于激光二极管的数值孔径，且所述准直透镜的焦距的计算过程为：

其中，f为准直透镜的焦距；φ为扩散光束的设定直径；θ为激光二极管的发散角度。

进一步的，准直透镜的数值孔径与焦距确定好之后，扩散光束的实际直径为：

d＝2·f·NA

其中，d为扩散光束的实际直径；NA

进一步的，为了避免光扩散而引起的光损过大，激光通道装置中还设置有光汇聚装置，且光汇聚装置设置在扩散光束上，用于将扩散的入射光线进行汇聚。

进一步的，为了避免光束在传输过程中损耗过大，所述光扩散装置和光汇聚装置均为准直透镜，且参数相同。

进一步的，为了提高检测的精度，所述光发射装置为激光二极管，所述准直透镜的数值孔径大于激光二极管的数值孔径，且所述准直透镜的焦距的计算过程为：

其中，f为准直透镜的焦距；φ为扩散光束的设定直径；θ为激光二极管的发散角度。

进一步的，准直透镜的数值孔径与焦距确定好之后，扩散光束的实际直径为：

d＝2·f·NA

其中，d为扩散光束的实际直径；NA

另外，本发明还提出一种漏水检测系统，包括：

检测容器，用于积水；

激光通道装置，设于所述检测容器中；

光发送装置，设于所述激光通道装置的光路前端；

光接收装置，设于所述激光通道装置的光路后端；

控制器，用于控制光发送装置发出光束，且通过接收光接收装置的信号判断是否漏水；

其中，所述激光通道装置中设置有光扩散装置，用于扩散入射光线，形成扩散光束；与所述扩散光束交叉设有浮子通道，浮子通道连通所述检测容器，且浮子通道内设有浮子。

有益效果是：本发明在激光通道装置中设置光扩散装置，使得射入激光通道中的入射光进行扩散，也即光斑进行扩大，在光斑扩大的基础上，激光通道装置在制作时的工艺要求以及安装要求就可以降低，而且光斑扩大后，保证光接收装置可以在没有障碍物的情况下接收到光信号，不会出现因其他干扰而出现判断漏水失误的情况，提高漏水检测的可靠性。

附图说明

图1是本发明漏水检测系统的结构组成图；

图2是本发明光束在激光通道装置中的变换示意图；

图3是本发明准直透镜的工作原理图。

具体实施方式

漏水检测系统实施例：

本实施例提出的漏水检测系统，如图1所示，包括漏水检测装置和检测容器，检测容器即检测筒，用于积水，收集漏水，漏水检测装置用于对检测筒中所积的漏水进行检测。

漏水检测装置包括控制器(即检测控制单元)、光发送装置、光接收装置、激光通道装置(简称激光通道)以及浮子通道，光发送装置连接控制器的控制输出端，且设于激光通道装置的光路前端，用于向激光通道装置中发射光束；激光通道装置设于检测容器中；光接收装置设于激光通道装置的光路后端，用于接收激光通道装置中输出的光束；控制器用于控制光发送装置发出光束，且通过接收光接收装置的信号判断是否漏水；激光通道装置中设置有光扩散装置，用于扩散入射光线，形成扩散光束；浮子通道与扩散光束交叉设置，浮子通道连通检测容器，且浮子通道内设有浮子。

本实施例中，浮子通道与扩散光束垂直设置，作为其他实施方式，浮子通道与扩散光束的相对位置的设置不固定，只要保证在积水时将浮子沿一定路径将激光挡住即可。

本实施例中，为了避免激光信号损耗而接收不到光信号导致误判，激光通道装置中还设置有光汇聚装置，且光汇聚装置设置在扩散光束上，用于将扩散的入射光线进行汇聚，而且为了进一步的减少光损，光扩散装置和光汇聚装置耦合设置，均为准直透镜，并且两个准直透镜的参数是相同的，如图2所示，光扩散装置将发散的光束转换为平行的准直光，光汇聚装置将平行的准直光进行汇聚，作为其他实施方式，如果激光功率较大或者不会出现光传输损耗过大的情况，光汇聚装置也可以不设置，而且对光扩散装置和光汇聚装置的具体实现形式不做限制，只要实现相应的功能即可。

本实施例中，为了实现漏水告警，可以在检测系统内安装报警装置，报警装置与控制器连接，作为其他实施方式，控制器也可以与后台进行通信连接，报警在后台中实现。

检测系统的检测过程为：当检测筒内没有水或者水位较低时，浮子通道的浮子位置较低，无法阻挡激光信号，激光信号经过光扩散准直透镜后，将激光信号扩散为大光斑的平行准直光(即扩散光束)，大光斑的平行准直光传输至耦合的光汇聚透镜汇聚之后由光接收装置接收；当检测筒内的水位较高时，浮子通道的浮子位置较高，阻挡激光信号，大光斑的平行准直光被遮挡，光接收装置接收不到激光信号，进而进行漏水报警。

为了实现更加准确的检测，准直透镜的选择及其重要，以下给出准直透镜的一种具体的选择方法(只设置光扩散装置、或者设置光扩散装置和光汇聚装置的准直透镜的选取方法是相同)。

如图1所示，在激光通道装置内的两端安装准直透镜，作为准直光学元件，非球面透镜不会引入球差，常用于所需光束直径在1-5mm的应用。

非球面透镜选择需要注意的几个参数：

1)设计波长：使透镜达到最佳效果的波长。

2)数值孔径(NA

3)通光孔径(CA)：根据设计，光能通过曲面的最大直径。

4)有效焦距(EFL，以下简称焦距):主平面到焦点之间的距离。

5)放大倍数：图像大小和实物大小的比例

6)波前误差有效值(RMS,WFE):透镜中的色差(误差)的测量值

7)外径：透镜外筒的直径。

8)工作距离(WD)：也叫后焦距(BFL)表示透镜背面的焦点距离

9)中心厚度：透镜中轴方向的厚度。

上述参数较多，在本发明中只要对准直透镜的焦距和数值孔径(即准直透镜的参数)进行选择即可。假如我们使用光发送装置为激光二极管，根据激光二极管的规格书中典型水平和垂直方向上的发散角分别为10°和30°，因此，当光束传播是，将会出现椭圆的光束。为了在准直过程中尽量收集光线，通常在计算时如图3所示，选用30°的发散角；扩散光束的设定直径，也即平行准直光束的设定直径为：φ＝3mm(这里的设定直径是根据激光通道装置的直径进行确定的，也即激光通道装置的直径为3mm)。

首先，在该扩散光束的设定直径下，选择的准直透镜的焦距为：

其中，f为准直透镜的焦距；φ为扩散光束的设定直径；θ为激光二极管的发散角度，进而根据准直透镜的焦距选择合适的透镜。

其次，准直透镜的数值孔径要大于激光二极管的数值孔径，当激光二极管的数值孔径小于准直透镜的数值孔径后，激光二极管发出的光束将会被准直透镜所遮挡。

激光二极管的数值光孔NA

NA

其中，n为折射率，激光二极管的数值孔径在空气中定义时，空气的折射率n＝1，因此，以上公式简化整理为：

判断准直透镜的数值孔径与激光二极管的数值孔径的大小如下：

0.3＝NA

激光二极管的数值孔径是在控制硬件设计时就选定了，本发明设计时使用的激光二极管的数值孔径是0.26，因此根据激光二极管的数值孔径来选择合适的准直透镜的数值孔径。关于准直透镜的数值孔径，是有相应规格的，在激光二极管的数值孔径是0.26的情况下，最接近的大于激光二极管的数值孔径的准直透镜的数值孔径为0.3。最终确认的准直透镜的焦距为5.6mm，数值孔径为0.3

当选择了合适的准直透镜后，那么扩散光束的实际直径d为：

d＝2·f·NA

这里扩散光束的实际直径的计算公式中，并不是绝对意义的相等，约等于进行大概的计算即可。

根据以上参数可以选择出合适的准直透镜，使用在激光通道装置内部的两侧，用于光信号的扩散和汇聚。

本发明的漏水检测并不只适用于换流阀的漏水检测，只要需要进行漏水检测的地方都可以适用。

漏水检测装置实施例：

本实施例提出的漏水检测装置，包括：

激光通道装置，用于设置在检测容器中；

光发送装置，设于所述激光通道装置的光路前端；

光接收装置，设于所述激光通道装置的光路后端；

控制器，用于控制光发送装置发出光束，且通过接收光接收装置的信号判断是否漏水；

其中，激光通道装置中设置有光扩散装置，用于扩散入射光线，形成扩散光束；与扩散光束交叉设有浮子通道，浮子通道用于连通检测容器，且浮子通道内设有浮子。

漏水检测装置的具体结构组成以及工作过程在漏水检测系统实施例已经介绍，这里不做过多赘述。