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基于光电倍增管的光电检测系统摘要：光电倍增管（简称PMT）是灵敏度极高，响应速度极快的光电探测器，本文简述光电倍增管的结构和用途，并介绍光电倍增管在图像采集、射线密度计、测井仪器等中的应用。
关键词：光电倍增管；射线密度计；图像采集；测井仪器引言光电倍增管于1934年研制成功，作为把微弱光转换成光电子并倍增的重要的真空光电发射器件，它得到了飞速的发展，特别是80年代以后，各种光电倍增管层出不穷，性能不断得到优化。
由于光电倍增管具有极高的灵敏度、快速响应等特点，在探测微弱光信号及快速脉冲光信号方面是一个重要的探测期间。
因此被广泛应用到光谱分析、图像采集诊断、环境检测等诸多领域。
1 光电倍增管的结构和特性光电倍增管由光电阴极、倍增极、阳极和真空管壳组成，它的工作原理是建立在光电效应、二次电子发射和电子光学理论的基础上的。
光电倍增管的阴极和阳极之间接有高压，入射光打在阴极上，激励阴极发出光电子，光电子在外加电场的作用下经过聚焦、汇聚在倍增电极，通过碰撞倍增极表面的二次电子发射材料，输出放大成电子流，经过多次倍增后被阳极接收并输出。
光电倍增管根据入射光形式可以分为端窗式和侧窗式；以探测光谱不同可分为紫外光、可见光、近红外等；以倍增系统的不同可分为打拿极和微通道板；以外形不同可分为球形和圆柱形以及方形；以阳极输出的不同可分为单阳极和多阳极等。
光电倍增管有极高的灵敏度，可以探测微弱的光信号，甚至仅有10-18~10-17w 的单光子信号都能探测，特别是近年来开发的具有不透光多碱光电阴极的侧窗管R1477，其光照灵敏度已经高达375μA/lm，堪称世界上不透明多碱光电阴极的最高水平。
光电倍增管阴极产生的很小的光电子电流通过倍增后被放大成较大的阳极输出电流。
电流放大倍数就是光电倍增管的阳极输出电流和阴极光电子电流的比值。
在理想情况下，具有n个倍增极，每个倍增极的平均二次电子发射率为δ的光电倍增管的电流增益为δn。
第1章绪论1.1高压放电检测的研究背景及意义近年来，随着我国经济、工业和农业的快速发展，电力系统的电压等级得到了很大的提高，电力网络的规模也随之快速扩大，电网的安全稳定运行关系到经济和社会发展的各个方面，其重要性变得日益突出。
电力设备不但是组成电力系统的基本元件，还是保证安全稳定可靠供电的基础。
当电力设备（如设备绝缘子、电缆、变压器、电机等）发生故障的时候，如果不能做到及时发现和维护，都可能会对电网造成严重的影响。
随着用电电压和用电负荷的不断提高，电气设备的绝缘部分受到的电压越来越大，因为设备绝缘的缺陷而导致的电力事故日益增多[1]。
受到使用次数、使用时间长短、运行操作和工作环境等的影响，会造成高压电力设备的绝缘强度下降、材料裂化以及使用寿命的降低，进而导致电力设备发生故障甚至是严重的电力事故[2]。
一旦发生电力事故，会对工农业生产、居民的日常生活造成很大的影响。
为了减少因设备绝缘问题而造成的电力故障，使系统工作在安全稳定的状态，降低因事故而对生产生活造成的影响，需要从两方面来着手：一方面提高设备绝缘材料的性能，使绝缘材料满足设备对绝缘的要求；另一方面检测设备由于存在绝缘缺陷而放电时的特征量，通过对检测到的信号进行数据分析处理，以达到实时了解设备的绝缘情况的目的[3]。
早期对电气设备的维修与保护，主要采用设备发生故障后，根据故障类型的不同进行相应的维修，即传统的事故后维护，这种维护方式的缺点是必须停电维护，且不能对突发事故和偶发性事故做到提前预知。
后来，电气设备的维护发展成为事先安排专门的时间对设备实施大修和维护来预防突发事故，即预防性维护。
根据设备外部异常情况，采用预防性维护，提前预知其严重性，进而对其故障进行预处理。
目前国内的预防维护以传统的预防性维护为主，根据电力公司和设备制造商的维护要求，按规定时间进行维护作业、定期清扫、定期维修等，需要安排-1-停电作业且人力花费较大，这种维护方式很难预防偶发性电力事故。
基于“日盲”紫外脉冲的变电站绝缘子劣化程度检测研究程江洲;王卓远;黄景光;李晓敏;方烜;聂德宇【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2017(033)009【摘要】Due to environmental factors,the performance of insulators under outdoor conditions deteriorates,and when the deterioration reaches to a certain point,the insulation performance will be degraded and then the operation status of insulators should be checked.In this paper,we design a faulty detecting device based on "Solar Blind" UV pulse detection for transformer substation insulators and put forward a multivariate nonlinear regression analysis method to find the mathematical expression between degree of faulty insulators and distance,UV pulse and environment humidity.Through establishment of the test model for faulty insulators,we rank the level of faulty insulators in the form of a percentage,which makes the test result clear and direct.Experiment results show that this mathematical expression can be a criterion for judgment of faulty insulators.The result can provide research methods and ideas for real-time condition monitoring of the transformer substation insulators.%户外工况下的绝缘子由于环境因素的作用导致性能劣化,当劣化到一定程度时,绝缘性能就会降低,需要对绝缘子的运行状况进行检测.设计一种基于“日盲”紫外脉冲检测的变电站绝缘子劣化程度远距离检测装置,并提出运用非线性回归方法寻找绝缘子劣化程度与距离、紫外脉冲数、环境湿度间的关系式,将绝缘子劣化程度以百分数的形式表示并划分等级,使得检测结果清晰直观.测试结果证明,该系统能够判断绝缘子的劣化程度,推导的劣化程度数学关系式能作为绝缘子劣化程度判断的准确依据.此研究结果可为在线评估变电站绝缘子劣化程度提供方法和思路.【总页数】6页(P21-25,31)【作者】程江洲;王卓远;黄景光;李晓敏;方烜;聂德宇【作者单位】三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;三峡大学梯级水电站运行与控制湖北省重点实验室,湖北宜昌 443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002【正文语种】中文【中图分类】TM83【相关文献】1.绝缘子表面电场与紫外脉冲关系以及在劣化绝缘子检测中的应用 [J], 汪金刚;何为;陈涛;罗晓初;何园丁2.基于红外热像技术的变电站瓷质劣化绝缘子识别 [J], 夏展鹏; 王凌云; 杨剑; 邱立3.基于日盲紫外像增强器的大孔径透射式紫外光学系统设计 [J], 王淼鑫;程宏昌;李进波4.基于紫外成像技术的劣化绝缘子放电动态特性分析 [J], 林瑞聪;缪希仁;郭谋发;陈彬5.绝缘子电晕放电日盲紫外检测技术及日盲感知信号分析方法 [J], 李宁;殷震;贺春;金岩;鲁轩;徐锋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
第41卷第12期2020年12月中国农机化学报JournalofChineseAgriculturalMechanizationVol41 No12Dec. 2020DOI ： 1013733/j.j cam. issn.20 95-55 53202012020绝缘子电晕放电日盲紫外检测技术及日盲感知信号分析方法*收稿日期：020年10月27日 修回日期：020年12月10日*基金项目：国网天津市电力公司2020年研究幵发项目(KJ20—1—50)第一作者:李宁，男，1978年生，陕西榆林人，硕士研究生，高级工程师;研究方向为电力设备高电压绝缘技术。
E-mail ： ********************李宁，殷震，贺春，金岩，鲁轩，徐锋(国网天津市电力公司检修公司，天津市，300143)摘要：绝缘子电晕放电是电力系统重大安全隐患的来源之一。
为实时监测和获取绝缘子状态信息，选取第四代紫外铸链微光图像传感器技术作为在日盲紫外检测的核心技术，给出日盲紫外传感器的技术方案’提出日盲感知信号光感强度、光感频次和光感能量三大特征值提取方法。
给出增益、检测距离、观测角度、环境风速对检测结果的影响，给出增益等因素的最佳取值区间和影响因素的处理方法。
通过搭建试验系统，对绝缘子紫外电晕放电在线监测系统的有效性进行验证’试验结果表明：本文所研制的绝缘子电晕放电在线监测系统能够全方位监测绝缘子的状态信息，准 确、及时地识别故障，保证绝缘子安全运行的同时最大限度的利用零部件的价值，将事后维护和预防维护提升到预测性维护层面。
研究成果可进一步促进绝缘子电晕放电检测技术的发展，为电力设备和电力系统的安全稳定运行提供有力保障’关键词：日盲紫外检测技术；绝缘子；电晕放电；光感强度；光感能量；光感频次中图分类号：S24 文献标识码:A 文章编号：2095-5553 (2020) 12-0119-05李宁，殷震，贺春，金岩，鲁轩，徐锋.绝缘子电晕放电日盲紫外检测技术及日盲感知信号分析方法中国农机化学报，2020, 41(12)： 119-123Li Ning ，Yin Zhen ， He Chun ，Jin Yan ，Lu Xuan ，Xu Feng. Solar blind UV detection technology of insulator corona discharge and analysis method of solar blind sensing signal [J * Journal of Chinese Agricultural Mechanization ，2020，41(12)!119-1230引言绝缘子性能的优劣对输电线路与变电站的安全运行至关重要’绝缘子在搬运过程中可能由于碰撞导致 表面留下伤痕；在正常的运行过程中，可能会因机械负 荷过重、运行环境恶劣导致击穿电压不断下降。
浅谈高压绝缘子的电晕紫外检测系统【摘要】本文根据电晕所发生的紫外光特点，对电晕紫外检测系统进行了研究和分析，最终通过相关试验得出电晕紫外检测系统的准确性。
【关键词】高压绝缘子；电晕；紫外线；检测系统基于检测的思想，利用日盲型光电倍增管为核心元件，研制了绝缘子紫外光脉冲检测装置；从电源的驱动到整套装置的外形设计都以实用化为目标，使用虚拟仪器来编写软件系统，具有在线数据实时采集，同时后台数据处理相应数据功能，此套装置具有能够实现非接触式测量，不影响被测系统的正常运行和灵敏度高等特点，通过分析采集的紫外光脉冲信号来研究绝缘子表面放电的特性和规律。
1.系统构成整个检测系统可分为硬件和软件两个功能系统，系统的硬件由以下六个子功能模块构成：光-电转换模块、高压及驱动电源模块、放电定位模块、滤光系统、I/U转换及脉冲信号放大及数据采集模块。
当紫外光经过滤光系统被光电倍增管检测到，将紫外光信号转换成电流脉冲信经过I/U转换和脉冲放电，信号进入数据采集系统，系统使用基于虚拟仪器的软件对采集的数据进行分析和处理。
2.光-电转换模块光电转换模块是检测系统的核心，主要包括光电倍增管、分压电路、高压电源模块以及电源驱动。
2.1 R2078日盲型光电倍增管电晕放电辐射出的日盲波段紫外光信号非常微弱，必须选择高灵敏度的紫外传感器才能探测到该信号。
综合考虑探测器的灵敏度和探测的光谱响应范围，本系统选择HAMAMATMU公司的R2078日盲型光电倍增管，该光电倍增管为端窗型结构，R2078外形结构图如图3.2，最大阴极有效面积直径为21ram，其光电阴极采用了极度改进型Cs.Tc阴极材料，可见光谱响应范围为160.320nm，有着更好的日盲区响应特性，该管的典型增益高达，但其阳极暗电流却低至15pA，阳极脉冲上升时间为1.5ns，因此它具有灵敏度高、低噪声、响应速度快、具有极高信噪比和阴极面积大的特点，适合于放电这类脉冲信号的检测。
基于紫外线检测技术的绝缘子放电检测系统设计尤锦程;王灿霞【摘要】绝缘子是电力系统中十分重要的一类电气设备,作为电网中种类繁多、用量庞大的一种零部件,其绝缘性能对整个输电系统的稳定运行起着非常关键的作用.文章中通过研究绝缘子放电辐射紫外线的原理,研制出基于STC89C52单片机、紫外线传感器R2868、温湿度传感器SHT11为核心的紫外线检测系统.通过进行仿真和实验,该系统可以有效检测到绝缘子放电辐射出的紫外线脉冲数量以及脉冲数与测试距离的关系,距离越近检测到的紫外脉冲数目越多.该项研究对电力系统绝缘子检修和保证电力系统安全稳定运行具有十分重要的意义.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2017(034)005【总页数】3页(P61-62,66)【关键词】绝缘子放电监测;紫外脉冲;52单片机;R2868;SHT11【作者】尤锦程;王灿霞【作者单位】三门峡供电公司,河南三门峡472000;三峡大学电气与新能源学院,湖北宜昌443002【正文语种】中文绝缘子是电力系统中不可或缺且具有非常重要地位的一类电气设备，绝缘子性能的优劣以及运行状况对整个输电系统起着至关重要的作用。
传统电量检测法中的脉冲电流法检测技术不仅在采集信号过程中受到现场环境的干扰，并且传感器的选择、信号处理电路的设计都存在一定的难度[1，2]。
因此使用脉冲电流法来检测绝缘子劣化程度在一些方面仍然受到限制。
非电量检测法中的超声检测由于在实际测量中容易产生电晕和背景噪声，无法判断声波的来源，所以不适用于现场检测，目前只在企业生产在线检测和实验室检定中应用。
本文提出的紫外线检测技术在很多方面优点突出，是目前检测绝缘子放电的好方法之一。
紫外线检测方法在检测绝缘子放电中能够抵抗外界强电磁的干扰，具有非常高的灵敏度[3，4]。
本装置的设计主要是对绝缘子的放电状况进行检测，接收到的紫外脉冲通过信号处理板C10807将尖波信号转化为方波信号，传送到单片机，并将接收到的脉冲数目显示在LCD1602显示屏上，当接收到的频率大于设定值时报警器报警。
全日盲紫外成像探测仪光学系统设计由于宇宙射线及地层放射性物质的物理作用，使得空气中含有少量带电离子，这些带电离子在电场的作用下做定向移动，形成电导电流。
当高压输电设备之间的电场强度增高至一定值时（一般在20～30 kV/cm之间），空气中的带电离子在电场的作用下获得足够的能量，与空气中的其他分子发生碰撞电离，形成传导性很高的通道，使高压输电设备表面的空气被局部击穿，产生电晕放电[1⁃4]。
电晕放电会导致输电设备表面产生烧毛现象，腐蚀绝缘子，损坏输电线路，更严重的可能导致供电事故。
此外，由于电晕放电伴随有高频脉冲电磁波的辐射，对无线电通信也会产生很大干扰。
因此，能够进行电晕早期探测并准确定位的日盲紫外成像探测仪越来越受到电力部门的重视[5⁃7]。
日盲紫外成像探测仪通过视场高度匹配的紫外、可见光两个通道，实时采集视场内的紫外图像与可见光图像。
其中，紫外通道工作于240～280 nm的日盲紫外谱段，由于平流层中臭氧的强烈吸收，太阳光谱中该谱段辐射在近地大气中几乎是不存在的，在该谱段开展成像探测可天然地避免自然界复杂背景的干扰。
日盲紫外成像探测仪利用电晕辐射光谱中含有日盲紫外光这一特点实现对电晕的早期成像探测。
早在20世纪70年代末期，国外便已开展了对紫外辐射光信号的研究。
20世纪90 年代末，國外已着手开展了日盲紫外成像探测仪的研制工作，而后逐步投放市场[8⁃10]。
目前，具有代表性的产品主要有以色列Ofil公司的SuperB，Luminar以及南非UViRCO公司的CoroCAM系列等，如图1所示。
上文所述产品虽具有灵敏度高、定位准确、操作简单、功耗低等优点，但同时也存在着诸多缺点，紫外光学系统的结构即是存在的典型缺点之一。
紫外物镜作为日盲紫外成像探测仪的核心元器件，主要影响探测仪的通光口径、光能利用率、分辨率及视场等参数，其性能指标直接影响探测仪的性能。
Ofil及UViRCO公司生产的紫外物镜普遍采用卡塞格林系统，中心视场存在遮拦，导致整个探测仪的通光口径减小、光能利用率不足，如图2所示。
日盲型紫外探测系统的探测距离模型及实验研究
杨承;曾钦勇;朱大勇;甘春泉;王成城
【期刊名称】《光电工程》
【年(卷),期】2010(037)009
【摘要】日盲区的存在,给近地探测240～280 nm范围的紫外辐射提供了良好的背景.本文设计了一套成像型日盲紫外探测实验系统.从辐射能量传递的角度出发,借鉴凝视型红外搜索跟踪系统的分析方法,推导了紫外探测系统的探测距离模型.以氘灯为探测目标,在三种典型天气条件下对实验系统进行了探测距离实验.结果表明,采用探测距离模型的计算值和实验测量值有较好的吻合,为紫外探测系统的设计和性能评估提供了重要的理论和实验基础.
【总页数】7页(P133-139)
【作者】杨承;曾钦勇;朱大勇;甘春泉;王成城
【作者单位】电子科技大学光电信息学院,成都610054;西南技术物理研究所,成都610041;电子科技大学光电信息学院,成都610054;西南技术物理研究所,成都610041;电子科技大学光电信息学院,成都610054;西南技术物理研究所,成都610041;西南技术物理研究所,成都610041
【正文语种】中文
【中图分类】TN23
【相关文献】
1.日盲紫外探测系统的设计 [J], 贺志强;程翔;张祥金
2."日盲"紫外电晕探测系统定标 [J], 章明朝;宋慧营;周跃;高松涛;闫丰;隋永新;杨怀江
3.日盲型紫外探测系统中目标定位的研究 [J], 杨承;曾钦勇;朱大勇;甘春泉
4.日盲型紫外成像领域中国专利申请状况分析 [J], 李介胜
5.日盲紫外辐射的大气传输与大气温度关系的理论模型 [J], 潘浩;马仪;周仿荣;马御棠;钱国超;文刚
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