紫外检测技术（共12篇）
紫外检测技术 篇1
摘要：针对紫外光通信接收端机无法校准的问题, 为了验证其抑制背景杂散光的能力, 定义了“背景光抑制比”作为衡量接收机抑制背景光能力的定量参数, 设计并实现了一种基于紫外激光器外调制的标准紫外调制光源, 并利用探测器和锁相放大器对调制光源信号进行了检测。实验结果表明, 锁相放大器能够有效抑制噪声, 准确测量标准紫外调制光信号的功率, 保证了“背景光抑制比”的量值准确可靠。
关键词：紫外光通信,声光调制器,锁相放大器,背景光抑制比
1 概述
紫外光通信作为一种新型的军事通信系统, 具有低窃听率、高抗干扰性、全方位性、易组网等优点, 成为国内外各军事强国争先研究的焦点。紫外光的调制与接收是紫外光通信和其他常用通信方式的主要区别点, 国内工程化的接收机多采用光电倍增管 (PMT) 或雪崩光电二极管 (APD) 作为探测器, 并在探测器前放置窄带滤光片, 以达到抑制背景光的目的[1]。但是, 现阶段所采用的这些紫外光滤波技术无法完全抑制白天太阳光的影响, 接收机对于日盲区以外的光谱仍具有一定灵敏度。接收机对于“日盲区”内外的光谱灵敏度差异直接反映了整机昼夜工作性能差异, 这种差异的精确测量对提高紫外滤光片的研制水平以及紫外接收机的全天候通信性能非常重要。
为此, 本文定义了“背景光抑制比”作为接收机抑制背景光能力的指标, 利用266nm、325nm激光器及声光调制器产生功率稳定的紫外调制光, 通过标准探测器和锁相放大器实现调制光功率的量值溯源。
2 紫外调制光产生及检测系统
紫外光通信接收机只能处理调制光信号, 虽然背景光信号属于直流成分, 但仍对接收机的工作造成影响, 为了能够定量的描述背景光的影响, 本文分别选择266nm、325nm的调制光信号作为接收机性能验证用光源, 并定义“背景光抑制比”为,
式中, 响应率是指接收机的响应输出电压与输入调制信号的光功率之比。
本文选用激光外调制法产生标准的紫外调制信号, 原理如图1所示。激光器输出激光经光衰减器衰减后, 以一定角度入射到声光调制器[2]的声光晶体上产生衍射光, 利用光阑将其中的+1 (或-1) 级衍射光提取出来;然后通过扩束/准直镜对提取的衍射光束进行扩束准直, 利用Si探测器和锁相放大器[3]进行调制光的探测, 调制光功率量值可溯源至低温辐射计。
3 实验结果与分析
本实验采用的锁相放大器采用的是Signal Recovery公司的7280双相数字锁相放大器, 输出有效值为正弦响应。同时, 采用以色列OPHIR公司的VEGA紫外光功率计 (匹配PD300R-UV探头) 进行比对实验。
本实验采用的探测器是大光敏面的Si探测器, 光谱响应率溯源至低温辐射计, 在266nm波长点的光谱响应率为0.1139A/W, 在325nm波长点的光谱响应率为0.1579A/W, 实际测试结果如表1和表2所示。
由表1和表2中的数据可知, 当被测调制光功率较大时, 锁相放大器和紫外光功率计测试结果一致性较好, 随着调制光功率的减弱, 紫外光功率计测试结果稳定性变差, 尤其在325nm波长点, 平均功率小于10μW时, 测试结果波动已经大于2%。与紫外光功率计相比, 锁相放大器可以有效地抑制杂散光的影响, 可以得到一个稳定的输出。
4 结论
在紫外光通信接收端机背景光抑制比校准过程中, 标准调制光信号的产生和检测是校准的前提条件, 激光器外调制法可产生谱线纯、调制速率高的标准调制光源, 锁相放大器可检测探测器接收到的微弱紫外调制光信号, 由此, 本文的方案完成了标准紫外调制光信号的产生及检测过程, 为紫外光通信接收端机背景光抑制比的校准提供了保障。
参考文献
[1]赵明宇.紫外光通信大气传输特性和调制技术研究[D].博士论文, 2013, 92-97.
[2]冯媛媛, 李武军, 于金涛.声光调制器偏振衍射特性的研究[J].西安工业大学学报, 2013, 33 (6) :449-452.
[3]贾振安, 王培培, 乔学光等.基于锁相放大的近红外光谱信号提取电路研究[J].仪表技术与传感器, 2012 (4) :104-106.
紫外检测技术 篇2
介绍了紫外线消毒的.机理,通过试验考察粪大肠菌群的灭菌效率与紫外剂量的关系、粪大肠菌群的复活和再生现象及紫外消毒副产物的生成,为紫外线消毒技术在污水回用中的应用提供实验基础.
作 者：韩庆昌 权维 娄金生 王芳 HAN Qing-chang QUAN Wei LOU Jin-sheng WANG Fang 作者单位：韩庆昌,娄金生,王芳,HAN Qing-chang,LOU Jin-sheng,WANG Fang(南华大学建筑工程与资源环境学院,湖南,衡阳,421001)
权维,QUAN Wei(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨,150090)
紫外检测技术 篇3
【关键词】给排水；紫外线消毒技术；应用；发展趋势
利用紫外线进行消毒始于美国，其在给排水中的应用无需向水中添加任何的物质，少污染.节约成本，并且无副作用，目前已广泛应用于给排水处理中。给排水中紫外线消毒技术的应用是通过输一定波长的紫外线来破坏细菌等微生物细胞相关分子结构，从而达到消毒杀菌的目的。同时紫外线消毒技术在给排水中的应用，相比于传统的加氯消毒，具有污染小.成本低和操作便捷等特点与优势，更符合于当今社会和人们的生活.生产的需求，为此加强对紫外线消毒技术在给排水中的应用具有重要的意义。本文笔者结合实践，通过经验积累和学习，对紫外线消毒技术及其在给排水中应用的相关问题进行了全面的分析与论述，为紫外线消毒技术在给排水中的良好发展提供重要保障。
1.紫外线消毒技术概述
紫外线属一种物理消毒方法，始用于20世纪60年代中期，由于紫外线消毒所具有的独特优势，目前已被广泛应用于各行业的消毒杀菌中。紫外线消毒杀菌的速率不受PH和温度的影响，当紫外线强度达到一定标准，其可在较短的时间内消灭较大面积水域的细菌和病毒，从而大大提高了水体消毒的可靠性和有效性。
紫外线按照波长，可分为三个不同的波段，即波长在315nm～400nm的称为紫外UVA，波长在280nm～315nm的称为紫外UVB，波长在100nm～280nm的称为紫外UVC。
2.紫外线消毒技术在给排水中的应用
2.1给排水中紫外线消毒技术原理
紫外线对给排水的消毒杀菌重要是通过一定长度波长的紫外线对病毒.细菌等微生物体中细胞RNA和DNA的分子结构进行破坏，以此来抑制细菌和病毒再生细胞和生长性细胞的生长.发育，并最终实现消毒杀菌的目的。紫外线在给排水中的消毒杀菌主要指UVC，其波长为200～280nm，较为容易被细菌或病毒的DNA吸收，如此在使用紫外线UVC时，细菌DNA将其吸收，从而破坏细菌或病毒的结构，最终达到杀菌消毒的作用。
紫外线消毒可以分为不同的四个波段，不同波段其所适应的消毒杀菌范围也是有所不同的。紫外线消毒杀菌灯管可以分为高压.中压和低压三种，目前较为常用的就是低压系统和中压系统两种。低压系统中，汞灯内的汞呈蒸汽状，其消毒杀菌的主要对象为污水，将低压紫外线消毒用于给排水的污水消毒，其效率要远远高于其他消毒方法。而中压系统的汞灯内呈正常气压，能量转化率不及低压系统，为此多用于大型水处理厂。
2.2在给排水中应用紫外线消毒技术的优势
2.2.1紫外线消毒技术特点
综合来讲，紫外线消毒技术具有广谱性高.效率高.运行安全及污染小等诸多优势。其中，给排水中紫外线消毒技术具有较为高效的杀菌广谱性，即主要指紫外UVC技术，紫外UVC技术对于给排水的消毒杀菌广谱性很高。紫外UVC技术将消灭水中几乎所有的病毒和细菌，并且具有较高的有效性，甚至传统加氯消毒而不能消灭的细菌和病毒，紫外UVC技术也能将其完全消灭，从而有效的确保了消毒杀菌后水的质量；给排水中紫外线消毒技术的效率高，顾名思义即指紫外线消毒技术的效率，传统的加氯消毒方法需要至少20分钟方可将水中病毒和细菌消灭，而紫外线消毒能够在短短的1秒中之内杀掉水中的细菌和病毒，由此证实了紫外线消毒技术的高效率；给排水中紫外线消毒技术的运行安全性，可以通过与传统消毒杀菌方式的比较而体现，传统的消毒需要在水中加入有毒或易燃易爆的氯化合物臭氧实现消毒杀菌，一旦操作不当将对安全产生威胁，而紫外线消毒技术无需向水中加入任何东西，因此也更具有安全可靠性；另外给排水中紫外线消毒技术的应用，更重要的是具有污染小的优势和特点，紫外线进行消毒杀菌不需要依靠任何的化学药剂，所以也不会对水体产生影响，传统的加氯消毒在消毒过程中将产生有机氯，这将对人的生命和健康带来威胁，极易产生水环境污染，为此紫外线消毒技术更具优势。
2.2.2造价低
给排水消毒杀菌的造价由投资成本.运行成本和维护成本共同组成，紫外线消毒技术在给排水中的应用相比于传统消毒方法的造价更低廉。首先，对于紫外线消毒技术的投资成本，传统的氯消毒需要修建大面积的接触池，，氯消毒几乎每单位体积的水需要0.5h的时间，这样一来就需要大面积的使用土地.征集土地，此项开销将大大增加消毒成本。例如，要修建一个5*104m3/d规模的污水处理厂需667平方米，而紫外线消毒技术则仅需100平方米的占地，这将为给排水消毒的投资成本节省很大的一笔开支；其次，给排水紫外线消毒技术的运行成本和维护成本也是不高，其中运行成本即指所消耗的电费，维护成本则主要指紫外线消毒灯管.镇流器等相关部件的更换费用，以及后期的清洗费用。由此证实，紫外线消毒在给排水中的应用还将有效降低消毒杀菌的造价。
2.2.3操作便捷
给排水中紫外线UVC消毒为模块化设计系统，其安装较为简单，对外界因素等无需要求。要实现紫外线消毒只需开启电源就可，相比与传统的加氯消毒安装.运行起来更加便捷，也更加安全可靠。
2.3影响紫外线消毒技术效果的元素
2.3.1杀菌能力的持续性
由上文可知，给排水中紫外线消毒技术属于物理消毒过程，即对水体进行瞬间的消毒杀菌，但是如果水体从紫外线消毒范围内流出后，再次受到污染，将不能保证给排水的质量，因此杀菌消毒能力的持续性是影响紫外线消毒的因素之一。为有效避免消毒水体收到二次污染，对于污水应尽快排放到江河湖海，对于饮用水应注重与加氯消毒方法的相结合，以确保水体质量。
2.3.2紫外线消毒灯管的污垢
紫外线消毒灯管表面形成的污垢，将降低紫外线的穿透力，从而影响到其对给排水的消毒杀菌能力。紫外线消毒灯管长期使用，会由水体的各种悬浮颗粒和一些溶解性物质结为污垢，为确保消毒杀菌效果不被影响，应对紫外线消毒灯管进行定期的清洗.清洁。
3.紫外线消毒技术在给排水中应用的发展
就目前情况看，对于给排水的杀菌消毒，紫外线消毒技术与传统的消毒方法相比具有一定的优势，也正因如此别广泛应用于给排水中。然而紫外线消毒技术在给排水中也存在一定问题与不足，如缺乏持续杀菌能力.灯管表面结垢及紫外线消毒系统性能不稳定等。对于此，如何保证紫外线消毒杀菌能力的持续性.灯管表面的清洁性及紫外线消毒系统的稳定性等问题，成为当前紫外线技术发展的中的主要问题。由此，我们应积极加强学习，注重实践，有效的将理论与实践相结合，逐个突破目前给排水中紫外线消毒技术存在的问题和不足，同时对其进行相关.详细的探究，以不断完善紫外消毒技术，从而有效地促进给排水中紫外线消毒技术的应用和发展。
4.结语
紫外检测技术在云南电网的应用 篇4
高压设备电气放电时, 根据电场强度的不同, 会产生电晕、电弧或闪络。在放电过程中, 空气中的电子不断获得和释放能量, 而当电子释放能量 (即放电) , 便会释放出紫外线。紫外线的波长范围是10nm~400nm, 太阳光中的紫外线由于地球的臭氧层吸收了部分波长的分量, 实际上辐射到地面上的太阳紫外线波长大都在300nm以上, 低于300nm的波长区间称为太阳盲区。阳光和电晕电磁波谱辐照度及波长的比较。
高压电气设备放电光谱波长范围为230nm~405nm, 其中240nm~280nm的光谱段称为太阳盲区, 在此波长范围内由太阳发射的紫外光量极低。装有太阳盲滤镜紫外成像仪, 可以在阳光底下探测到240-280nm的微弱电晕辐射, 接收设备放电时产生的紫外信号, 经处理后与可见光影像重叠, 显示在仪器的屏幕上。利用紫外成像仪 (工作波段在240nm~280nm之间) 来检测带电设备的电晕情况, 统计出单位时间内测得的紫外光子数, 以此确定电晕的位置和强度, 可为电气设备的状态监测提供依据。
2 紫外技术在电网的应用
2.1 导线电晕质检
采用紫外成像仪进行导线的电晕试验, 经过夜晚和白天的多次比较, 紫外成像仪观察导线的起晕情况与传统方法 (夜晚用望远镜观察) 基本一致, 紫外成像仪更准确和严格。
2.2 变电站电晕检测
对500kV变电站内35kV#0站用变高压侧电缆进线及PT柜发出的异常声响进行检测。
用紫外成像仪对故障柜进行了仔细的检查后, 未发现声响源。在柜内发现一个安全隐患, 35kV C相进线电缆头电晕较大。
经过分析和排查, 最后找到发出异常声响的是柜内一组电容器, 该电容器提供柜上信号电源同时作为接地刀闸的支柱, 型号为CG1 -35 , 电容量47μF。
2.3 线路检测及试验
通过检测可以直观的观测到放电源的位置, 并可估计出放电的强度。紫外检测技术的特点主要为:
1) 不停电、不改变设备运行状态下, 监测到设备的运行信息。
2) 以图像的形式, 直观形象地显示故障情况。
3) 仪器采集信息迅速, 为线路故障巡检提供了技术手段。
4) 电晕检测技术为设备状态检修提供了技术保障, 可发现早期故障。
3 影响紫外检测的因素
3.1 距离因素
检测距离对检测结果影响显著。当距离增加时, 检测视角将减小, 对应的灵敏度随之降低。理想条件下, 均匀介质中的点光源所发射光波的强度与距离的平方成反比。但实际条件与理想条件可能存在很大差别, 为了确定距离与电晕计数的关系, 模拟了一个点电晕源, 记录不同距离下的紫外计数和平均值。得到的规律为:放电计数与距离的平方近似成反比关系;随着距离的增大, 放电计数次数减小。此外也有放电计数与距离的一次方成反比关系, 随着距离的增大, 放电计数次数减小的报道。在实际应用中需要进一步总结。
3.2 增益的影响
紫外光谱在电晕光谱中所占比例较小, 经过仪器的光学系统传输, 最终到达CCD板的紫外光子数损失很多。为了提高仪器的灵敏性, 仪器内部对进入光学系统的紫外光子进行增益处理。增益后, 紫外计数的数值随之发生改变, 影响对电晕强度的评价。
通过实践总结, 在紫外计数小于200的情况下, 可选择高的增益大于150, 以便发现较弱的电晕源;紫外计数大于200小于5000时, 一般可在90-150区间选取增益, 方便比较。紫外计数大于5000时, 选取小的增益大于80, 以便避免紫外图像相互叠加, 从而准确定位电晕源。
3.3 气压和温度的影响
气压和温度的变化可改变空气的密度, 影响电离过程, 从而气压与温度的变化影响仪器采集到的紫外光子数量。一般情况下, 高气压、温度低条件下紫外计数要比低气压、高温度条件下的紫外计数低。
在实际应用中, 温度和气压的差异引起的偏差较小, 可能淹没在仪器本身的误差和测量的偏差中。因此, 一般不对气压和温度的差异进行修正。
3.4 湿度的影响
湿度的增加, 在有些情况下可降低电晕的强度;而在多数情况下, 湿度的增加会引起电晕强度的增长。由于污秽成分和湿润情况的不确定性, 目前还没有办法对它进行修正。
4 结束语
紫外成像技术是一种新的技术手段, 可以检测绝缘子、导线等电气设备的电晕情况。检测时, 不影响设备的运行状态, 安全可靠;仪器操作简便, 监测结果直观, 值得推广应用。
目前, 紫外成像技术只能做到定性检测, 还不能做到定量检测。同时, 仪器的检定还是一个未能解决的问题。在电网中, 紫外成像技术的应用将为设备的安全可靠运行提供强有力的技术支持。
参考文献
[1]马斌, 周文俊等.基于紫外成像技术的极不均匀电场电晕放电[J].高电压技术2006, 7.
紫外检测技术 篇5
500kV大理变电站和220kV祥云变电站检测数据的应用分析：紫外成像所采用的标定方法为测量规定区域内的紫外放电光子数，用其表征电晕活动强度。通过对紫外成像检测的数据和图像进行分析：(1)电晕放电多发生在高压导体粗糙的表面、终端锐角区域。在500kV大理变使用的过程中，发现在线路阻波器下部尖端处、均压环表面粗糙区域、导线表面毛刺、导体表面尖端锐角区域电晕放电是持续的，测试区域内紫外放电光子数在～7000范围内，且现场检测时伴有强烈的电晕噪声。这样的电晕放电，就是因制作、安装工艺不良引起，需要工程施工技术人员加以关注，并不断提高制作、安装工艺水平，但不会影响到设备的正常运行。(2)经过在500kV大理变和220kV祥云变检测，发现电气设备外绝缘紫外放电光子数多在40～80范围内，电气设备外绝缘未发现残缺、污秽现象，运行状况良好，这与500kV大理变和220kV祥云变所处区域污秽程度低，设备运行环境良好有很大关系。(3)220kV祥云变大祥I回线第一基塔进行换相改造后有较大的电晕放电噪声，在进行检测时发现塔上A相导线接近绝缘子串处紫外放电光子数达23000，对于这种情况，运行人员需对该处加强检测维护频次，同时应增加红外成像测温，以便及时发现设备异常，遇有停电机会时应进行详细的检查，
随着云南电网规模的不断扩大，电力负荷要求的不断提高，电网系统中使用的各种类型高压设备的损坏、故障也会不断增加，相应对预防性维护的要求也不断提高。输供电线路和变电站配电装置等设备在大气环境下工作，在某些情况下随着绝缘性能的降低以及有结构缺陷会引起表面局部放电现象，电晕和表面局部放电过程中，电晕和放电部位将大量辐射紫外线，这样便可以利用电晕和表面局部放电的产生和增强间接评估运行设备的绝缘状况和及时发现绝缘设备的缺陷。目前，可用于诊断放电过程的各种方法中，光学方法的灵敏度、分辨率和抗干扰能力最好。即采用紫外成像仪，记录电晕和表面放电过程中辐射的紫外线，再加以处理、分析达到评价设备状况的目的，从而为设备状态检修工作的开展提供一定的依据。通过对电气设备电晕放电强度的检测，及时发现设备运行中的隐患，及时处理，可以预防、减少设备发生故障而带来的重大损失，具有良好的经济效益。紫外成像仪可以在设备不停电的情况下进行远距离检测，无需登高操作检测设备，在保证检测人员安全的同时，减少了设备停电时间，提高了供电可靠性。
迎战紫外线 篇6
人们常说，万物生长靠太阳。实际上，太阳辐射中的大量紫外线，对人类生活、生物生长等也有很大影响，只是由于近年大气臭氧层受到日趋严重的破坏，导致辐射到地面的紫外线强度日益增加，紫外线才成了人们关注的焦点。
认识紫外线
紫外线辐射按波长的不同，可划分成ＵＶ-Ａ（0.32~0.40微米）、ＵＶ-Ｂ（0.28~0.32微米）和ＵＶ-Ｃ（0.01~0.28微米）三个波段。
*ＵＶ-Ａ对人体合成维生素D有促进作用。ＵＶ-Ａ通过大气臭氧层时被吸收的很少，因此其强度与臭氧层变化的关系不大。
*长期、过量的ＵＶ-Ｂ照射可导致皮肤癌、白内障，抑制免疫功能。ＵＶ-Ｂ的强度同臭氧层的变化有密切关系。
*ＵＶ-Ｃ到达地面前几乎完全被臭氧层吸收，因此对人类影响不大。
可见，紫外线对人类的影响主要为ＵＶ-Ａ和ＵＶ-Ｂ的综合作用。长久、过量的紫外线照射会引起大量黑色素沉积在表皮层中，成为永久性“晒黑”痕迹，导致皮肤衰老，诱发皮肤癌。研究表明，表皮衰老90％的来源是紫外线。
用指数预防
据报道，每１０万人发生皮肤癌的人数，澳大利亚约８００人，美国为２５０人，日本为５人。我国目前尚没有皮肤癌发生率的确切报道，但国外的经验和教训告诉我们，应警惕紫外线辐射对人体的危害，并采取必要的预防措施。目前，气象部门已向社会发布紫外线指数预报，帮助人们有效避免紫外线伤害。
紫外线指数是指当太阳在天空中的位置最高时（一般是在中午前后，即从上午十时至下午三时），到达地面光线中的紫外线辐射对人体皮肤的可能损伤程度。紫外线指数变化范围用０~１５来表示，紫外线指数愈高，表示紫外线辐射造成的人体皮肤红斑加剧，对皮肤的伤害愈大。在气象预报中，通常将紫外线指数分为5级预报，见下表。
用指数对付紫外线，最好要了解紫外线的强弱与季节、云层、天气的关系。紫外线强度与季节有关，夏季最大，冬季最小。总的变化趋势非常有规律，一般从5月中旬开始增强，6月下旬至8月强度最大，10月以后逐渐减弱。晴天的紫外线强度通常高于其他天气，云层厚和空气中的水分对紫外线都有一定的衰减作用。不过，紫外线强度与气温高低无关。因此，在夏季、晴天、云层较薄等天气，特别要注意防紫外线。
紫外线对人体的影响是多年、长期蓄积的结果，因此，在年轻时就应主动地、积极地进行预防。如果能利用紫外线指数预报采取对策，在阳光明媚的日子里，就不用过分担心受到紫外线的伤害。
小暑，7月7日 时至小暑，已是初伏前后，很多地区的平均气温已接近30℃，时有热浪袭人，注意防暑降温。
大暑，7月22日 我国大部分地区最热的时期，光照强烈，气温高，是旱涝灾害发生最为频繁的时期。大暑节气要注意防汛防旱、防暑降温。
紫外线水处理技术 篇7
紫外线, 英文名Ultravioletray或Ultravioletradiation, 简称UV, 是由德国科学家里特发现的, 紫外线是电磁波谱中波长从100~400nm (纳米) 辐射的总称。紫外线是一种肉眼看不见的光波, 波长范围为100~40nm (纳米) 存在于光谱紫外线端的外侧, 故称之为紫外线, 依据不同的波长范围, 被割分为A、B、C三种波段, 其中的C波段紫外线 (UVC) 波长在240~260nm之间, 为最有效的杀菌波段, 其中杀菌能力最强是253.7nm波长。C段紫外光是最易被DNA (核糖核酸) 吸收, 当水中的细菌、病毒、藻类生物等受到一定剂量的紫外C光照射后, 其细胞的DNA、RNA结构被破坏, 细胞复制、转录封锁受到阻碍, 从而引起其内部蛋白质和酶的合成障碍, 细胞再生无法进行, 从而达到水的消毒和净化的目的。
2 紫外线杀菌效果
1878年人类发现太阳光中的紫外线具有杀菌消毒作用。人类对紫外线消毒技术在城市污水处理中的应用则始于20世纪60年代中叶, 经过几十年的研究与发展, 在国外各个领域得到了广泛的运用。UVC水消毒技术对细菌病毒以及其它致病体的消毒效果已得到全世界的公认。UVC水消毒技术具有下列明显的优点。能杀死一切微生物, 包括细菌、结核菌、病毒、芽孢和真菌等, 除去率99.99%以上。表1是紫外辐射强度30m W/cm2对常见细菌杀菌效率表。
3 紫外线水中消毒技术的应用
1970年美国环保局完成了第一个污水紫外线消毒的示范工程, 现已在美国和加拿大普遍应用。紫外线消毒技术作为物理消毒方式的一种, 具有广谱杀菌能力, 无二次污染, 经过40多年的发展, 已经成为成熟可靠高效环保的消毒技术, 在国外各个领域得到了广泛的运用。
3.1 紫外线水处理设备分类
紫外线消毒设备根据紫外灯类型可分为:低压灯系统, 低压高强灯系统, 中压灯系统。其中低压灯系统是指紫外消毒设备中单根紫外灯输出功率为30W~40W, 它主要用于小型水处理厂或低流量水处理系统的应用。低压高强灯系统指紫外消毒设备中单根紫外灯输出为100W左右, 它主要适用于中型污水处理厂的应用。中压灯系统指紫外消毒设备中单根紫外灯输出在420W以上, 它主要用于大型污水处理厂和高悬浮物, 紫外线穿透率 (WT) 低的水处理系统。
紫外线消毒设备按水流边界的不同分为敞开式和封闭式, 其中敞开式主要有明渠式紫外线消毒设备, 封闭式主要有压力式管道式消毒设备。, 其中明渠式紫外消毒设备主要应用于市政污水、中水回用、自来水深度净化和其它工业领域。压力管道式紫外消毒设备主要应用于水产养殖用水、食品加工用水、医药用水等消毒。
3.2 紫外线水消毒设备有效剂量指标
紫外消毒技术因其具有操作简单、无有害副产物、经济高效等优势, 在污水处理中越来越广泛被应用。但它无剩余消毒能力, 微生物在光照条件下进行修复而实现复活, 从而导致出水微生物数量增多。为保证达到良好的消毒效果, 必须保证紫外的剂量。按照GB18918要求二级标准和一级标准的B标准, 紫外线有效剂量不应低于15m J/cm2。一级标准的A标准, 紫外线有效剂量不应低于20m J/cm2, 紫外线消毒作为生活饮用水主要消毒手段时, 紫外线有效剂量不应低于40 m J/cm2。紫外线消毒作为城市杂用水主要消毒手段时, 紫外线消毒设备在峰值流量和紫外灯运行寿命终点时, 紫外线有效剂量不应低于80m J/cm2。
3.3 紫外线水消毒设备第三方生物验定剂量验证
平均剂量是平均紫外光强乘以平均辐照时间的值。但事实上, 这个值和真正生物验证实验测量出来紫外消毒反应器的剂量值是不同的。为了反应真实性, 使紫外消毒设备达到消毒要求, 生物验证必须是由具有一定资质的独立第三方来操作。第三方生物验定剂量是体现在紫外线消毒设备生产厂家提供的第三方生物验定剂量验证报告内的, 该报告应是由权威的第三方机构用该型设备做微生物灭活实验, 通过实验结果而测出在各种水质条件下, 设备可输出到水中微生物的紫外剂量, 即消毒器实际能够传递给微生物的有效紫外剂量。从这个道理上讲, 在评估紫外消毒反应器的性能、紫外剂量是决定紫外消毒系统规模, 生物验证是唯一合理可靠的手段。目前在中国国内还没有权威的认证机构。在国际上的几家权威机构分别是Dillon Consulting, Carollo Engineers, Hydro Qual Scie ntis ts and Engine e rs, GAP (Good Agricultural Practice s) , DVGW。认证的依据是美国环保局的《紫外消毒设计手册》或德国DVGW 294的相关规定。
4 结论
紫外检测电晕放电强度量化分级 篇8
随着环境污染越来越严重,高压电气设备在长期运行的过程中,绝缘性能势必会大幅度下降。愈加恶化的绝缘状况必将造成设备故障[1],引起功率损耗或者电力中断,造成重大电力事故。当设备绝缘性能下降,会出现电晕放电现象。为了保障电力系统的稳定运行和一些重要的电气设备,对设备的绝缘状况进行实时监测显得尤为重要。
近年来,紫外检测已经成为检测电晕放电故障的新技术[2]。利用紫外成像技术,检测电气设备局部放电过程中辐射出的紫外线。利用计算机技术对采集到的紫外图像进行图像灰度、二值化、中值滤波、锐化等相关处理,然后与可见光图像进行融合,能够实现对放电故障点的精确定位。然而,对电晕放电量化等级方面的研究甚少。
以往的研究仅仅是根据高压设备的绝缘故障情况对电力系统稳定性及破坏程度的大小,一般定性的分为三类:一般故障、严重故障、紧急故障。但是以上的绝缘故障状态评定方式缺少定量化的明确标准,且往往发生一般性缺陷的情况占大多数,难以通过定性给定准确的故障评估大小,因此对一般性的缺陷的绝缘故障状态的量化评估就显得尤为必要。本文利用Delphi软件对采集到的电晕图像进行处理后作为分级数据,采用遗传算法的投影寻踪理论,建立设备放电状态模型。应用MATLAB软件进行仿真分析。结合实例的实验结果也达到了预期的效果,能够实现对设备出现故障时电晕放电的量化分级。
1 电晕放电紫外图像采集与处理
数字图像处理是应用计算机程序对数字图像进行不同方面的处理,利用计算机程序对像素进行编程,达到处理图像的目的。Delphi软件编程语言是Pascal语言,其具有可读性好、容易编写,很适合作为开发工具,而且Delphi在图像处理方面拥有强大的功能。本文所处理的紫外图像都是在Delphi环境下进行的。紫外图像的处理过程如图1 所示,对紫外图像进行数字图像处理的最终目的是提取放电目标对象,为故障定位和故障状态模式识别提供依据。经过紫外成像系统采集到的紫外图像首先要过灰度处理,把彩色图像转换为灰度图像,统计出每一个灰度级上像素点的个数,然后将像素点数目绘制出来,取一个合适的像素点做下一步二值化过程中的阈值,这样就可以将目标与背景很清楚地分离开。经过图像二值化处理之后的图像的几何性质只与0 或1 有关,不用再去考虑像素具体的值。采集到目标图像的轮廓往往比较模糊,经过图像的锐化和中值滤波去噪处理后,图像所具有的信息易于人观察,而且其边缘和轮廓线变得比较清晰,为后续的研究提供方便。图像在采集或者传输的过程中,可能存在各种寄生效应,将会受到噪声的干扰,中值滤波是把数字图像中的一点的值用该点的一个领域的各个点的值的中值代替,中值滤波之后,有效的除去噪声干扰点,起到去噪的效果。
本文的紫外图像均是利用一种单通道日盲紫外成像系统[3,4]进行采集的,利用240 nm~280 nm这一日盲波段,借助高分辨率镜头、中心波长为254 nm的窄带日盲滤光片和外部采集盒进行图像采集。由于高压放电具有一定的不确定性,不是均匀的放电现象,所以几组图片作为诊断的依据,并不能很好的反映现实状况。因此需要根据放电状态,对同一处的故障放电状态进行长期监测,观察记录。由于一些外界因素会造成紫外成像的噪声污染,紫外图像部分信息和特征不是很突出,紫外成像信号周围也有干扰,这就需要通过图像处理来提取对象。利用Delphi开发工具实现对紫外成像图进行处理,将彩色图像转换成灰度,经过二值化处理,使得图像不再涉及像素的灰度值,去噪的作用就是处理图像的小白点的干扰,特征提取最后剩下的区域即为放电图像。如图2 所示,保存不同时期的电晕放电紫外图像。本文把采集到的不同时期的放电图像,选取45 组作为输入样本。统计出图像的平均放电面积、最小和最大放电面积和放电范围(紫外电晕图片上所展示的所有白点的范围面积)。这4 个特征向量作为输入样本的基本数据。
2 基于投影寻踪理论的模式识别等级模型
投影寻踪法具有全局搜索能力强、可规模化等优点,因此本文采用其进行投影优化,建立投影寻踪等级模型,对放电故障进行量化分级。建立电晕放电量化评级的模型主要分为6 个阶段。第一阶段选定能够反映对象特性的特征向量,并建立科学的特征向量体系。第二阶段,建立量化分级标准及分级处理。第三阶段,根据随机分布的原理,在各特征向量的等级范围内生成投影向量。第四阶段,投影目标函数的建立。第五阶段,对目标函数运用遗传算法进行优化,找出其最佳投影值。最后,根据评估等级与最佳投影值的关系建立电晕放电量化评级模型。
为消除各特征向量的量纲和统一各特征向量值的变化范围,需要进行极值归一化处理。如式(1)和式(2)所示,越大越优的特征向量:
越小越优的特征向量:
其中:xmax(j),xmin(j)分别为第j个特征向量值的最大值和最小值,x(i,j)为特征向量特征值的归一化的序列。
投影寻踪的方法就是把p维数据{x(i,j)| j=1,2,… ,p}综合成以a={a(1),a(2),a(3), …,a(p)}为投影方向的一维投影值z(i):
构造投影目标函数Q(a):
其中:Sz为投影值z(i)的标准差,Dz为投影值z(i)的局部密度,Rzy为z(i)与y(i)的相关系数。
其中:Ez为{z(i)|i=1,2,…,n}的平均值,Ey为{y(i)|i=1,2,…,n}的平均值。
当各指标值得样本集给定时,投影指标函数Q(a)只随投影方向a的变化而变化。此时用格雷码加速遗传算法优化投影方向投影目标函数值随投影方向变化,通过求解投影目标函数最大值可估计出最优投影方向,即最大化目标函数:
格雷码加速遗传算法包括6 步:1) 变量取值范围的编码;2) 初始化种群;3) 解码;4) 判断是否满足终止条件,若满足则输出最优解,不满足则算法转入步5);5) 对种群进行选择、杂交、变异生成新的种群,算法转入步2)进行迭代;6) 加速循环,选择第一次、第二次和第三次这3 次迭代中的优秀个体的变量范围作为新的变量取值范围,算法转入步1),由于优秀个体的变量范围越来越小,从而起到加速的作用。
3 应用MATLAB进行故障诊断仿真及实例分析
本文采用MATLAB软件进行分析。经过多次试验最终选定遗传算法参数:初始群体规模n=60,变异概率pm=0.08,交叉概率pc=0.80,最大遗传代数T=60。经过遗传投影得到最佳投影方向a*=[1.512,-1.240,0.536,1.178],将a*带入式(3)得到一维最佳投影值z(i)=1.512x(i,1)-1.240x(x,2)+0.536(x,3)+1.178(x,4)。
图3 为高压设备发生故障时采集到的电晕放电图像[5,6],经过Delphi软件进行数字图像处理。统计出该放电电晕图像的四个特征值,经过归一化处理后得到[0.684 93,0.684 921,0.685 185,0.732 347],将其代入到最佳投影方程可得0.700 1。代入式(10)可得为3.567 级,在第3 级与第4 级之间。其他放电电晕量化评估方法根据放电严重程度只能人为的分为4 种状态等级[7]。从1 级到4 级为由轻到重的放电严重程度。1 级表示已经存在微弱放电状态,应当引起注意。2、3 级表示已经存在故障,应当采取措施,避免造成电力事故。4 级状态存在发生非常严重的电力事故的风险,应当立刻采取措施。表1 为本文与其他等级评定方法的比较,自组织神经网络法[8]基于自组织特征映射神经网络强大的聚类学习能力构建的电晕状态评估模型,评估状态为3 级,通过MATLAB平台仿真测试表明该模型具有较高预测准确度和稳定性。模糊综合法是[9]利用模糊原理与层次分析法相结合的评价法,评估状态也为3 级。本文方法不仅可以判定等级,而且能反映处于该等级的程度,分辨力更高,评估结果更客观、合理。
由于评估等级为3.567 级,表示该高压电力设备存在放电故障,而没有得到及时处理,已经成为较严重的放电了。电力检修员工应立即进行电力设备的检修,避免造成更大的电力事故。
4 结论
随着电网的不断发展,输电电压已经跨入了特高压输电时代。高压设备和输电线路的电晕放电不光对环境造成影响,而且电晕放电时所产生的某些化学反应也是促成有机绝缘老化的重要原因之一,会加速设备的绝缘老化,造成电力事故。
本文采用紫外成像系统所采集的放电电晕图像,经过Delphi软件数字图像处理后,作为量化分级数据,利用遗传投影寻踪理论,建立量化等级模型。仿真实验验证了该识别方法能够有效地对电晕放电强度进行量化分级。电网工作人员能够根据电晕放电强度的大小诊断出故障,从而采取相应的措施,避免造成重大的电力事故。
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紫外指纹图谱技术检验鞋油的研究 篇9
在日常生活中鞋油广泛应用于皮鞋护理,其使用具有较强的个体差异性,不同的人会有使用不同品牌或不同颜色鞋油的习惯,其使用频次也因人而异。
在一些案件中,当嫌疑人穿着用鞋油护理过的皮鞋作案时,鞋子与墙壁、纺织品、地毯等物品会有接触,鞋油很有可能发生转移从而形成相应污痕或瘢渍,因此通过对此类痕迹的检验鉴别,可以为侦查破案提供线索,指明方向,为证实犯罪提供科学的依据。
鞋油有液体鞋油和固体鞋油之分,其主要成分是石蜡、虫蜡、松节油、棕榈油等[1,2,3,4]。
指纹图谱技术是目前较为新颖检测技术,由于不同物质其组成成分不同、组成成分含量有区别,其反映在紫外吸收曲线上的峰高、峰形及相对强度则存在差异,可据此进行物质的定性检验[5,6,7,8,9,10]。
本文利用紫外—可见分光光度仪,对30份鞋油的有机成分进行分析,使用优选出的检测方法,对膏状鞋油样品进行了谱图采集,依据每个样品的紫外光谱图进行指纹图分析,并对该方法的重现性进行了考查,所测样品均得到较好区分。该方法可以为公安实践部门检验鞋油物证提供借鉴。
1 试验条件
样品:常见液体和膏体鞋油样品30份,见表1。
试剂:蒸馏水、甲醇、乙醇、乙腈、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、三氯甲烷(均为分析纯)。
仪器及试验条件:TU-1950双光束紫外可见分光光度仪(北京普析),波长范围190～300nm;分辨率0.5nm。
2 试验方法
2.1 膏状鞋油检测方法的选择
2.1.1 提取剂
根据溶解能力选择提取剂,试验发现,除蒸馏水以外,所选溶剂均能溶解鞋油样品,这是由于鞋油多数为油溶性物质,可溶于有机溶剂。根据溶解能力大小,选择乙醇、丙酮、二氯甲烷、三氯甲烷作为提取剂。
将鞋油样品分别配成质量分数为25mg/mL的鞋油/乙醇溶液、鞋油/丙酮溶液、鞋油/二氯甲烷溶液与鞋油/三氯甲烷溶液,并分别以各自的空白溶剂作为参比液进行对照试验,在波长为190～300nm进行光谱扫描,根据谱图质量确定提取剂,见表2。
2.1.2 扫描波长的选择
将鞋油样品配制成质量分数为25mg/mL的鞋油/乙醇溶液,按一定比例稀释后作为待测液,在乙醇溶液为参比条件下,对待测样品进行光谱扫描。以波长为横坐标、吸光度值为纵坐标,绘制紫外吸收光谱图,根据紫外吸收峰分布情况确定扫描波长。
2.1.3 样品浓度的选择
如果使用样品原液直接进样测试,紫外吸收响应值过高,易超出仪器量程,因此需要确定合适的样品稀释浓度,将5#鞋油样品配制成质量分数为25mg/mL的鞋油/乙醇溶液,再使用乙醇分别按照1:2、1:3、1:5、1:10、1:15进行稀释,以乙醇溶液为参比,波长190～300nm下进行光谱扫描,按照吸收峰强度确定样品配制浓度。
2.1.4 样品载体物的选择
选择14#样品“意尔康”牌黑色膏状鞋油,分别等量涂抹于洁净无纺布与载玻片上,待挥干后用乙醇溶解,于相同试验条件采集扫描光谱。
2.2 特异性检验
将23#鞋油溶液,按照1:2、1:3、1:5、1:6、1:7、1:9、1:10的比例进行稀释,按照上述试验条件扫描光谱,检验稀释浓度对紫外谱图特异性的影响。
2.3 重现性检验
选择2#、19#鞋油样品,稀释1:5后,重复测定3次谱图,观察谱图重复性。
3 试验结果分析与讨论
3.1 试验条件的确定
3.1.1 提取剂
由表2可知,使用乙醇作为鞋油样品的提取剂,溶解效果较好,且乙醇在190～300nm范围内无干扰,所以本试验采用乙醇做提取剂。
3.1.2 样品浓度
根据朗伯—比尔定律,物质吸光度与物质的浓度在一定范围内成正比,当溶液过浓时(物质浓度超过0.01mol/L),吸光粒子由于间距减小,摩尔吸光系数将发生变化,导致吸收曲线线形改变[11]。
将5#样品使用乙醇溶液按照1:2、1:3、1:5、1:10、1:15稀释,进行紫外曲线扫描,结果如图1所示。
由图1可知,当样品浓度过高(稀释比1:2)时,紫外曲线相应值过高,出现吸光度大幅度跃升,曲线峰形出现改变,样品在稀释比1:15时,吸收曲线虽然有完整峰形,但响应值过低,峰形不能完整反映鞋油样品所含信息。
当稀释比在1:5时,紫外吸收曲线响应值适中,并且峰形完整,因此样品稀释比例最终确定为1:5,即按照上述试验条件,取30份鞋油样品,分别配制为25mg/mL鞋油/乙醇溶液,按照1:5稀释后扫描光谱,重复3次,绘制鞋油吸收谱图。
3.1.3 扫描波长的选择
经过试验发现,鞋油样品的紫外吸收峰均集中在190～250nm之间,为鞋油中杂原子不饱和基团C=O和=N的不饱和n→π紫外吸收峰,因此将扫描波长定为190～400nm。
3.2 鞋油样品紫外光谱指纹特异性分析
3.2.1 数据处理
紫外吸收光谱曲线相似度:
式中:n—数据点个数;h1j,h2j—第1,第2条曲线中第j个点的吸光度值。
以相似度s=0.90为临界值,当s>0.90时,认为2条曲线为相同鞋油紫外扫描曲线;当s<0.90时,认为2条曲线为不同鞋油紫外扫描曲线。所得数据使用Excel软件进行处理。
3.2.2 鞋油样品特异性分析
1#～15#鞋油样品紫外吸收曲线如图2所示,16#～30#鞋油样品紫外吸收曲线如图3所示,1#～30#样品紫外吸收曲线相似度对比如表3所示。
由图2、图3、表3可知,30份鞋油样品的紫外吸收曲线均能表现出足够的特异性,鞋油的紫外吸收曲线特异性来源有两个,第一为样品中紫外吸收活性物质的含量,第二为样品紫外吸收活性物质的组成,其中后者是造成鞋油紫外曲线特异性的主要原因。
从表3可看出,s>0.9为相同成分,差异较小,s<0.9则认为成分不同,差异显著。
在3 0份样品的两两比较结果中,大部分的样品可以得到较好的区分,区分率为96.8%。其中即使是相同品牌不同批次的鞋油,相互之间相似度也有差异,如“奇伟”牌新旧两款鞋油的紫外吸收曲线相似度为0.39,说明两款产品在生产配方上有一定的差异,导致曲线变化。使用紫外分光光度检验鞋油样品,具有较好的区分度。
3.2.3 鞋油样品紫外光谱特征
通过分析鞋油样品紫外谱图,发现具有共同特征:在200nm存在一个较强吸收峰,这是由于多元醇和酚产生缔合现象,-OH基的n→π紫外吸收峰发生红移作用,由原来的190nm向200nm移动。
部分鞋油样品的紫外谱图,在225nm,出现一个中等强度的吸收峰。
由此可以推测出鞋油中有N或S等杂原子未成对电子跃迁吸收。根据鞋油样品的紫外吸收峰在225nm附近有无吸收峰,可以将30个样品分为两大类,第Ⅰ类为225nm附近有吸收峰,该类鞋油样品共有6个品牌8个样品;第Ⅱ类为225nm附近没有吸收峰,该类鞋油样品共有15个品牌22个样品。见图4、图5。
3.2.4 相同样品、不同浓度的检验
选择“万金”黑色膏状鞋油(23#)样品,配制25mg/mL鞋油乙醇溶液,分别按照溶液比乙醇1:2、1:3、1:5、1:6、1:7、1:9、1:10进行稀释,其紫外线图谱及相似度对比如图6、表4所示。
从图6、表4可以看出,稀释比在1:10～1:3之间,紫外吸收曲线峰形基本不发生变化,相似度均在0.99～0.98之间。
说明在该浓度范围内同一样品的紫外吸收曲线线形保持稳定,样品中各组分在同比例增加或减少的情况下不会形成差异。
但当稀释比小于1:2时,峰形发生较大变化,说明浓度过大时,样品中对紫外线吸收响应较大的物质会产生较强的掩蔽效应,造成曲线变形。
3.2.5 相同样品、相同浓度、不同载体的检验
实际办案条件中,采集到的鞋油检材均为不新鲜的、转移型的鞋油痕迹,为模拟现场情况,选择“意尔康”黑色膏状鞋油(14#)样品,配制成25mg/mL的鞋油/乙醇溶液后,再用乙醇稀释1:5,均匀涂抹于洁净玻璃板与洁净白色无纺布上,干燥后使用乙醇浸泡溶解,采集光谱,见图7。
由图7可知,从不同的载体上采集到样品的吸收曲线峰形基本不发生变化,曲线之间的相似度均在0.98以上,仅仅在吸收强度上略有变化(1:5稀释溶液最高,玻璃载体其次,无纺布载体最低)。
这主要是因为转移到载体上的鞋油成分不能全部回收,造成浓度降低的缘故。因此,使用紫外指纹图谱技术检验鞋油,载体的不同不会引起相同样品的误判。
3.2.6 重现性试验
在相同的试验条件下,对“庄臣”黑色膏状样品(2#)和“红鸟”黑色膏状鞋油样品(19#)进行重复试验表明,该方法的重现性良好,4次试验中相对峰高比值的变异系数均<0.1%。
4 结论
利用紫外光谱可以对不同品牌、同一品牌不同批次的鞋油样品进行鉴别,该方法操作简便快速,结果准确可靠,重现性高,可以在实际办案中对现场中提取到的膏状鞋油物证进行检验。
关键词：鞋油,紫外光谱,比较研究,法庭科学
参考文献
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紫外检测技术 篇10
1 紫外电晕检测技术应用现状和前景
1.1 应用现状
以前对电晕等微弱放电现象的检测手段比较陈旧,主要采用超声波法、红外法、夜间目测、夜视仪法等。上世纪90年代末,美国、南非和以色列等国家的科学技术人员取得了突破性的进展,将紫外光的光学特性与光学透镜、数字信号芯片相结合,研制开发出用于日间检测电晕等微弱放电现象的紫外电晕检测仪。
近年来,我国也开始引进该项技术。唐山供电公司、华东电力试验研究院引进以色列生产的紫外电晕检测仪并开展了应用研究,北京供电公司和华北电科院利用俄罗斯生产的紫外电晕检测仪在沙河试验站进行了多次检测,积累了初步的经验。
1.2 应用前景
紫外电晕检测属新兴技术,利用该技术可以直接观察放电情况,使得现场人员能迅速准确定位放电点,并可通过所记录的动态录像来分析放电的危害程度。根据国内外的相关应用资料,该项技术具有以下几个方面应用前景[1]:
(1)导线架线时拖伤砸伤、运行过程中外部损伤、断股、散股检测。导线表面或内部变形都可能导致其附近电场强度变强,在达到一定程度时会产生电晕。
(2)受污染的高压设备的污染程度检测。污染物通常表面粗糙,在一定电压条件下会产生放电。导线的污染程度、绝缘子上污染物的分布情况等,都可利用该技术进行分析。
(3)运行中绝缘子的劣化检测。劣化绝缘子产生电晕有多种原因,劣化积污导致盐密过大,在一定条件下会产生放电,而劣化本身也会导致放电。
(4)高压设备的绝缘缺陷检测。对设备若检测到电晕,则应根据设备的材料、结构形状、使用情况以及其他同类设备的测试结果来综合评估是不是绝缘缺陷、缺陷的原因和严重程度等。
2 应用实例
某500 kV升压站在冬天大雾、毛毛雨及早晚湿度较大时候,500 kV构架下方悬垂(跳线)绝缘子串高压端附近有爬电现象,严重时在均压环与高压端第4,5片绝缘子之间形成放电通道。据了解,该升压站投运时间不长,检修时对设备外绝缘进行了清扫,采用绝缘摇表对悬式瓷绝缘子进行检测,未发现零值或低值绝缘子。从现场的观察可知,该升压站周围除了自身电厂的污染外,紧邻还有一个较大的发电厂和一个化工厂,从污染源情况来看,该地区的污秽等级应划为Ⅲ,爬电比距应达到2.8 cm/kV。而爬电绝缘子串为38片XWP2-160型绝缘子,爬电比距达到3.4 cm/kV,远高于该区域污秽等级所需的要求,从理论上来讲不应出现爬电现象。
2.1 紫外检测情况
采用CoroCAMⅥ+型紫外成像仪进行了现场电晕放电检测。对500 kV升压7号主变与GIS连接部分采用紫外电晕检测成像仪对放电情况进行观察,确认了放电部位主要在构架下方悬垂(跳线)绝缘子串高压端均压环附近的5片绝缘子和C相绝缘子串中间部位,如图1所示。
次日上午再次进行了紫外电晕检测,放电强度有所减弱。而刚经停电检修清扫重新并网的相邻设备未发现放电现象,如图2所示。
2.2 爬电原因分析
首先,悬垂绝缘子串电晕放电比耐张绝缘子串强烈,下雨前电晕放电比下雨后强烈,这主要是因为耐张绝缘子串水平布置有利于雨水冲洗使得表面积污没有悬垂绝缘子串严重,而下雨后也由于雨水的冲洗作用使得悬垂绝缘子串下雨后比下雨前表面清洁。上述2种情况都表明该站出现的爬电现象主要是因为外绝缘表面积污严重所致。
其次,由于冬季少雨,空气的粉尘、悬浮物、SO2和氮氧化合物等物质的浓度较高,在出现雾雨天气(特别是首场雾雨)时,降水中含有大量的带电物质,电导率非常高,使得外绝缘强度会下降,从而出现爬电现象,严重时甚至会导致外绝缘闪络。
最后,从现场的观察发现,悬垂绝缘子串均压环直径较小,均压环最上端边缘与绝缘子串第4,5片距离较短,在绝缘子表面积污较严重并湿润时,其空气绝缘承受不了两者之间电压,导致均压环与高压端第4,5片绝缘子空气绝缘击穿,形成明显的电弧放电通道[2]。
2.3 状态评价及建议
综上所述,此次悬垂绝缘子串高压端爬电现象的主要原因:(1)积污严重;(2)雾雨较脏;(3)均压环过小。
针对以上问题,提出以下建议:(1)加强对外绝缘的清扫工作,必要时可实施带电清扫;(2)对悬垂(跳线)绝缘子串喷涂RTV防污闪涂料;(3)将悬垂(跳线)绝缘子串由瓷绝缘子换成复合绝缘子;(4)重新设计均压环,增大其直径,使电压分布更加均匀。
3 结束语
(1)紫外电晕检测属新兴技术,利用该技术可以直接观察放电情况,使得现场人员能迅速准确定位放电点。检测诊断具有快速、简便、被检设备类型覆盖面广的特点。
(2)紫外电晕检测技术在电力系统内切实有效的推广应用,将有利于早期诊断电晕等微弱放电缺陷,及时发现高能量放电的严重缺陷,防患于未然,并为系统由故障检修向状态检修转变提供有效手段,促进电网安全可靠运行。
(3)检测发现外绝缘放电电晕的产生与否、发生强度与环境湿度密切相关,在雨雾天气放电严重程度大大高于晴好天气,因此有必要重点对各种外绝缘在不同湿度条件下的绝缘评价进行深入研究,为在恶劣天气时外绝缘安全性判断提供判据。
摘要：紫外电晕检测技术是研究应用紫外线成像技术获取带电设备发生电晕、闪络或电弧放电时设备表面的紫外辐射信息,进而判断设备是否正常的综合技术。文中对该技术在电力系统中的应用现状、前景和典型案例进行了介绍,并通过实例对紫外电晕检测技术在设备外绝缘状态评价中的应用进行了介绍。
关键词：紫外,电晕检测,缺陷,状态评价
参考文献
[1]张钦之.新型日间电晕探测照相机[J].国际电力,2001(2):103-111.
紫外线灯岂能随便开 篇11
近期，在法院的主持下，双方达成了调解协议，北京庆文阶梯文化中心给每名孩子赔偿2000元至4000元不等的经济损失。
上述事件中，孩子们出现的症状是紫外线灼伤眼睛及皮肤的反应。被紫外线长时间照射后，皮肤可出现红肿、脱皮，重者可出现水泡，待皮损恢复后，可遗留色素沉着。一般不会造成更严重的损害。紫外线对眼睛的损害，相对会表现得突出一些。
由此我想到了一个医疗事故。一名6岁的小女孩患眼疾后，来到一家小医院治疗，医生竟然采用紫外线灯多次大剂量照射的方法为小女孩治疗，最终导致小女孩的视力接近于零。小女孩的父亲拿着女儿患病前漂亮的照片，泣不成声。看来，紫外线对眼睛的损害是不容忽视的。
紫外线照射眼睛，可引起“电光性眼炎”。紫外线可灼伤眼睛的球结膜、角膜及眼睑部皮肤。眼部症状的轻重与紫外线照射强度和时间有关。轻者眼部仅有发涩感；较重者双眼有刺痛、涩痛，畏光流泪；严重者眼睛剧痛，有如火灼，眼睑紧闭，难以张开，强行掰开，则泪水盈眶。眼部检查轻者仅见球结膜轻度充血，重者眼睑痉挛，球结膜充血水肿。裂隙灯显微镜检查也可见明显异常。
电光性眼炎多发生于电焊、气焊工作时不戴防护面罩，紫外线消毒灯使用不当或长期受电影棚内的弧光灯照射等情况。此外，长期从事户外工作者，在阳光下作业不戴防护眼镜，受日光中的紫外线照射而伤害眼睛，称为“日光性眼炎”；在雪地、冰川、沙漠、海洋等眩目耀眼的环境中行军或作业，紫外线的反射量增加，长期置身于这种环境中，也可引起电光性眼炎样的损害，称为“雪盲”；原子弹爆炸时也能产生紫外线，它对人体的伤害是原子辐射伤的一种。
电光性眼炎的发作需要一定的时间，通常在被紫外线照射后4～8小时内发病，最短30分钟可发病，最长不超过24小时，所以有些病人会在午夜或凌晨就诊。
若紫外线照射的时间不长，强度不大，则预后良好。一般可在1～2日内痊愈，愈后可不留痕迹，视力恢复如常。但若照射的时间长、强度大，孩子的年龄又小，则可能引起白内障等损害，影响视力。
治疗电光性眼炎，主要是止痛和预防感染：对自觉症状较重，眼部疼痛剧烈者，可眼局部滴用0.25%～0.5%的地卡因表面麻醉剂止痛，但不能多用，以免影响组织修复；眼局部冷敷，可减轻疼痛；眼局部滴用人乳、牛奶或鲜鸡蛋清，皆可缓解症状；也可选合谷、内关、睛明等穴位，进行针刺止痛；眼局部滴用抗生素眼药水或涂眼药膏，以预防眼部感染。
基于紫外辐射的放电检测仪的研制 篇12
关键词：电晕放电,紫外辐射,光电检测,滤光,光电倍增管
0 引言
电力设备的使用寿命通常取决于绝缘材料的电气绝缘强度, 设备绝缘会由于运转操作、使用时间、使用频度以及运行环境等影响而逐渐发生劣化, 进而引发故障或事故[1]。局部放电是造成绝缘劣化的主要原因, 目前已做了大量研究并提出了不少局部放电的检测方法, 紫外脉冲法[2]便是其中之一。
紫外脉冲法主要是通过检测设备放电产生的微弱紫外光脉冲数目, 定量地反映设备放电的强弱, 具有非接触、灵敏度高、检测距离远、安全、效率高等优点。但在采用紫外光功率法[3]进行研究时发现在一些放电很微弱的地方检测不到放电, 因而限制了仪器的适用范围。为了提高灵敏度, 本文采用了以光电倍增管为核心的紫外检测仪, 在试验室模拟放电试验并对青海官亭750kV变电站进行了实测, 以验证其检测能力。
1 基于光电倍增管的紫外检测技术
受制造工艺所限, 高压输电设备表面并不光滑, 布满微小突起, 加压后突起周围会形成强电场。当这些突起附近的电场强度超过空气的击穿场强 (30kV/m) 时, 就会发生电晕放电[4]。研究表明, 电晕放电的辐射光谱中含有160~280nm波长的紫外光成分, 可通过日盲型光电倍增管 (PMT) 对此波段光线进行放大, 对其它范围光线成分进行滤光抑制, 从而获得设备放电信息。光电倍增管工作原理如图1所示。
光电子经电子光学输入系统加速、聚焦后射向第一倍增极, 以便发生二次电子发射, 产生多于光电子数目的电子流。每个光电子在倍增极上击出几个电子, 这些电子又被加速射向第二倍增极, 再经倍增射向第三倍增极, 连续地重复这一过程, 直到最后一个倍增极, 从而达到电流放大的目的。光电倍增管的阴极产生很小的光电子电流, 被放大成较大的阳极输出电流, 增益可达106~108, 光电倍增管在紫外光波段的量子转化率高达25%。
光电倍增管检测仪器的基本原理:在带电情况下, 选择对紫外光敏感的光电倍增管测量绝缘子表面的紫外放电情况, 能够有效地把紫外光信号转变为电信号;光放大器将采集的微弱光信号放大调整, 通过高速比较器将信号转换为数字信号, 再经单片机对此脉冲信号进行采集处理, 最后建立紫外光强度和电晕放电强度、测量距离之间的对应关系, 以确定放电的强弱。
2 紫外传感器管路设计与驱动
2.1 传感器光路设计
通过对高压放电辐射出的紫外光光谱和光电倍增管工作原理的分析, 设计了以光电倍增管为核心元件的紫外光测量电路。该电路主要由滤光模块、紫外传感器模块以及信号处理模块组成, 如图2所示。
绝缘子电晕放电发出的微弱紫外光经过日盲滤光片后进入黒匣中的光电倍增管, 经光电倍增管放大后以脉冲电信号输出。输出光电流送入信号及数字处理模块, 经过整流滤波和A/D转换后通入计数器完成脉冲计数, 以便定量分析。
2.2 滤光技术
为了保证光电倍增管接收到的紫外线信号免受日光和其它因素的干扰, 必须加装“日盲”紫外光滤光片来限制非“日盲”波段的光线。
滤光片的选择应综合考虑所选紫外光光源的光谱辐射能量分布和干扰源中紫外辐射的能量分布。根据实际情况, 选用了一种宽带滤光片———太阳盲滤光片, 其在整个光通范围内的透光百分比为10%~20%, 中心波长为254nm, 正好位于日盲区域, 半波通过20nm。它的波长定位精度、半波带宽精度、波形系数 (矩形化程度) 、峰值透射率等均达到国际同类产品水平。其带通特性如图3所示。
2.3 驱动模块
光电倍增管各倍增极的极间电压由包括一系列电阻的分压器来提供, 其驱动电路如图4所示。
光电倍增管阴极接电源负极, 阳极通过负载电阻RL接电源正极, 总电压U0通过分压网络R1~Rn+1加到各倍增电极上。通过R1的电流为 (I0-IK) , 因此R1两端的电压差为R1 (I0-IK) ;R2上的电压为R2 (I0-IKδ) , 依此类推, 分压电阻上的电压逐级升高。C0为隔直输出耦合电容。RL为负载电阻, 提供输出电压, 一般取数百千欧。
随着入射光通量的增加, 光电倍增管不断增加的阳极输出电流已接近流过分压器的电流值而趋于饱和。为此, 工作中一定要保证分压器电流达到光电倍增管可能达到的平均阳极电流的至少20倍以上。
2.4 信号前置放大
由于光电倍增管输出的信号电压过小, 因此需要对光电倍增管输出的信号进行放大处理, 放大电路如图5所示。
由于前置放大器的输入阻抗极大, 因此光电倍增管输出的电流IP全部进入反相放大器的输入端, 绝大部分的电流将会流过R7, 然后流出前置放大器的输出端。这样, 输出电压V0即为-R2·IP, R2为一个阻值为1kΩ的电位器, 检测过程中可依据光电倍增管输出的电流大小调节电位器, 以便与后续的窗口比较电路配合, 使单位时间内输出脉冲的个数能准确地反映实际情况。该电路的不足之处是, 前置放大器不能无限制地增大输出电压, 实际上最大输出电压约等于前置放大器的工作电压, 但它给测量带来的偏差在允许误差范围内。
如果考虑前置放大器的输入偏置电流IOS, 将其叠加进输入电流中, 则输出电压V0=-R7· (IP+IOS) 。此外, 温漂也会带来影响。基于此, R7采用温度系数较小的金属膜电阻。当需要探测低于100pA的电流时, 除了要考虑上述因素外, 整个电路所需材质也要认真选择, 例如不宜采用胶木, 而应选用特富龙、聚苯乙烯等材料。
3 信号处理电路
信号及数字处理模块以C8051F120单片机为核心, 经放大、比较和整形等预处理后的脉冲信号送入单片机, 完成脉冲计数。
3.1 窗口比较电路
窗口比较电路由精密基准电压源、电压比较器、与门组成, 如图6所示。
VCC提供+5V的稳定电压, 经精密电位器R8、R9分压得到下限基准电压和上限基准电压, 来自前置放大电路的光子脉冲电压通过电压比较器分别同上、下限基准电压比较。比较器的输出为TTL逻辑电平, 经过与门后的数字脉冲代表了高于下限低于上限的光子计数脉冲。
3.2 脉冲整形电路
窗口比较器输出的波形完全由光电倍增管信号决定, 满足窗口条件的信号脉冲宽度有宽有窄。如果脉冲过窄, 在经过长距离的信号传输后, 因高频损耗会导致脉冲边沿过缓而无法计数。为匹配前置电路和计数器电路, 在窗口比较输出极对光子计数脉冲整形, 产生与光子数对应的等宽度脉冲电路, 如图7所示。
带复位端的T′触发器和RC积分网络构成了一个单稳态触发器, T′触发器由JK触发器转换而来。窗口比较器输出信号作为触发器的时钟输入端。的稳态为1, 当每个有效时钟沿来临时, 状态翻转为0, U2A的3脚与同为低电平, 使C1通过R3对地放电, 放电时间常数由R3和C1的值确定。当C1两端电压低于TTL输入低电平最高值Vih时, 触发器清零, 珡Q返回稳态1, C1充电, 当电压高于Vih后触发器又可接收下一个时钟输入。通过调整R3和C1的值, 改变时间常数, 使输出脉冲满足计数器输入要求, 本系统中输出脉冲宽度调整为60ns。整形后的计数脉冲, 通过固定在机壳上的75Ω同轴线连接到计数器进行计数和采集。
3.3 脉冲计数
C8051F120单片机内部有5个计数器/定时器, 设计中主要应用了定时/计数器T0的定时功能和T2的捕捉功能。T2是带捕捉的16位计数器, 经预处理的脉冲信号由T2的输入引脚进入单片机, 每检测到一个脉冲, 寄存器加1;同时, 定时器T0开始定时, 当定时器溢出时产生中断, 执行中断程序把T2中寄存器的值装入到捕捉寄存器RCAP2H和RCAP2L中, 结果即为给定时间内绝缘子电晕放电的脉冲数。用计数器测得的脉冲数可用于对电气设备局部放电的诊断, 其对放电情况定量分析有着重要作用。
4 试验数据与分析
4.1 试验方法
将电火花发生器固定在离测量仪器的传感器 (即光电倍增管的滤光片) 1~8m等不同的距离, 以米为单位取8个测点, 将检测仪器的滤光片方向水平对准电火花光源, 保证入射光的平行进入。使用本文介绍的紫外脉冲法对检测到的脉冲个数进行计数, 设置计数时间为1s, 连续进行1min的测试, 将结果由串口发送至计算机后求出1s的脉冲均值, 同时记录下单位时间的最大测量值和最小测量值。
4.2 试验结果与分析
试验测量结果见表1。脉冲计数的测量结果随着距离增加而下降, 说明仪器采用光电倍增光作为传感器, 在使用紫外脉冲法进行测量时具有一定的脉冲线性度。但是分析具体的测量结果, 并没有在每个点严格符合光电效应第一定律, 即与距离的平方成反比。
分析其原因, 主要是因为紫外脉冲检测方式是以分辨脉冲幅值来进行的。为了甄别有用信号和干扰, 在比较器中设置了低电压阈值, 带来的不利影响是当测量距离增大, 很多有用信号的脉冲幅值降到一定数值, 即经过放大后仍小于低电压阈值时, 信号将被去除而不能检测到。试验显示, 距离在1m时, 检测到的脉冲个数很多;当距离变为2m时, 相当多的脉冲幅值迅速下降至阈值以下, 不能被检测到;此外, 在每次放电过程中, 往往带有几个脉冲尖峰, 比其它脉冲信号高很多, 尤其是放电的头脉冲;在2~6m, 主要是一部分尖峰脉冲被检测到, 其幅值很大, 即使下降几倍仍然超过阈值而被检测, 因此计数结果相差不大。用示波器观察记录放电产生的完整紫外脉冲波形如图8所示。
由图8可知, 在放电的头脉冲处, 幅值很大;随着放电距离的增加, 紫外辐射的整体能量是明显下降的, 但头脉冲的幅值下降却并不明显。这说明光电倍增管对放电所产生的紫外辐射的反应波形具有其自身的特点, 在用于紫外脉冲法的检测时有一定的局限性。
5 结束语
本文研制了一种基于紫外脉冲法的放电检测仪, 它采用极高灵敏度的紫外光传感器———光电倍增管 (PMT) 对电晕放电所产生的微弱紫外光信号进行检测。介绍了仪器的研制过程, 通过针板放电试验验证了仪器的放电检测能力, 并得出以下结论。
(1) 通过对信号脉冲整形, 提高了测量精度, 能线性地反映放电程度, 可设置一个阈值以配合保护系统一起使用。
(2) 采用极高灵敏度的紫外光传感器PMT提高了仪器灵敏度, 对脉冲进行累计使放电信息得以放大, 以往不能检测的微弱放电也能够检测, 增大了检测距离。
(3) 通过对试验结果的分析, 可以确定紫外辐射与局部放电之间的函数关系, 对放电情况定量分析有着重要作用, 提供了更准确的测量工具。
参考文献
[1]严障, 朱德恒.高电压绝缘技术[M].北京:中国电力出版社, 2007
[2]张占龙, 王科, 唐炬, 等.变压器电晕放电紫外脉冲检测法[J].电力系统自动化, 2010 (2) :84~88
[3]汪金刚.高压设备放电紫外检测技术及其应用研究[D].重庆:重庆大学, 2008