[发明专利]一种基于可编程放大器的宽范围微水测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体检测系统，具体涉及可编程放大器实现自动化调节宽范围测量气体中微水含量的系统，属光纤微水测量技术领域。

背景技术

在多种气体中，如空气、天然气和SF6气体等，都会含有少量的水汽。当应用到各行业中的时候，气体中水汽含量的要求就相当严格了。

在气体绝缘开关(GIS)和超高压输变电设备中，经常用到SF6等绝缘和灭弧气体。其微水含量的高低直接影响到设备的可靠性以及安全性，如果设备内的SF6气体外泄，同时气体中水含量增加，当SF6气体中微水含量升高到一定浓度时，SF6气体的电弧分解物会水解产生毒性气体，对设备化学腐蚀，严重影响设备的正常运行，将导致高压电气设备出现安全隐患抑或导致事故的发生。

天然气在传输的过程中首先要进行净化处理，而水分是天然气中重要的污染物之一，在天然气的净化处理和传输的各个阶段都需要实时监测水分含量，过多的水分含量会导致管道中的水化物的形成以及运输管道的腐蚀，可能导致严重的安全事故以及高昂的停运成本，水分含量的超标也会降低天然气的品质和热值。

专利“一种基于扫描法的微水检测系统”[山东大学，中国发明专利，CN102226759A，2011-10-26]和专利“一种波长扫描的内腔式气体检测系统和方法”[山东大学，中国发明专利，CN101975752A，2011-02-16]中提到采集光电探测器经放大和滤波后的信号数据，将其存储到计算机中；然而由于数据采集卡的采集范围有限以及光电探测器在达到一定阈值后会产生饱和现象，导致该测量方法测量的水汽含量范围有限，无法实现测量范围从高浓度到低浓度的变化。

本发明中，提出了一种基于可编程放大器宽范围微水测量系统。这个方法借助激光气体光谱吸收电路，结合可编程放大器，实现对水分含量的宽范围检测，可以最大可能的减少测试对电气设备的影响，同时实时获取数据，保障超高压电气设备的正常运行。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷与不足，本发明提出了一种基于可编程放大器的宽范围微水测量系统。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于可编程放大电路的宽范围微水测量系统，包括中央控制电路、数模转换模块、DFB激光器、光纤准直器、光电转换器、可编程放大电路和模数转换模块，其特征在于中央控制电路连接至数模转换模块，数模转换模块的模拟信号输出端连接至DFB激光器，DFB激光器的输出端经其尾纤接入光纤准直器，光纤准直器的输出端连接到光电转换器的输入端面，光电转换器的输出端连接到可编程放大电路的输入端，可编程放大电路的控制端与中央控制电路相连；可编程放大电路的输出端接入模数转换模块的输入端，模数转换模块的输出端连接到中央控制电路，中央控制电路根据采集到的信号大小反馈调整可编程放大电路的放大倍数；

所述可编程放大电路包括集成块U101、电容C32、C33、C34、C35、C36、C37、C38、C39、C40和电阻R9，集成块U101型号为AD8321，其中电阻R9和电容C32相连接组成是一个低通滤波器，连接点接到AD8321的引脚2，该低通滤波器对输入到可编程放大电路的时钟进行的滤波，AD8321的引脚1、引脚2经电阻R9、引脚3、引脚6连接到中央控制电路的IO管脚上，实现中央控制电路对可编程放大电路的控制，AD8321的正相输入端即引脚18通过串接电容C38与地相连，反相输入端即引脚19与前级光电转换器的输出端相连接，AD8321的输出端即引脚10连接到模数转换模块的输入端；

所述数模转换模块包括数模转换芯片U11和电容C23、C24，芯片U11型号为TLC5615，其中电容C23连接在TLC5615的引脚5和8之间以实现对U11供电电源的滤波，电容C24连接在TLC5615的引脚5和6之间以实现对数模转换模块参考电压的滤波；TLC5615的引脚1和中央控制电路相连接，引脚7和DFB激光器相连接；

所述模数转换模块包括模数转换芯片U21和电阻R4、电容C25，芯片U21型号为MAX1287，其中电阻R4和电容C25相连接并接到芯片的供电电源处，电阻R4的另一端接到MAX1287的引脚1处，电容C25的另一端接地，即MAX1287的引脚4处，电容C25对MAX1287的供电电源起滤波作用；MAX1287的引脚2和可编程放大电路相连接，MAX1287的引脚7和中央控制电路相连接。

所述的中央控制电路是LPC1756嵌入式Cortex-M3处理器。

所述的光电转换器是PIN光电转换器。