[发明专利]基于时分复用的TDLAS变压器油中溶解气体成分测量系统

说明书

基于时分复用的TDLAS变压器油中溶解气体成分测量系统，它涉及一种变压器油中溶解气体成分测量系统，以解决传统光谱法气体测量易受背景气体交叉干扰导致的测量精度低，测量时间长，测量环境受限的问题，它包括转换继电器组、激光器组、光纤分束器、准直镜、空心光纤气室、温度传感器、温度控制器、聚焦器、真空泵、废气处理装置、光电探测器、前置放大器、锁相放大器、A/D转化器、I/O转换器、激光器控制器和嵌入式计算机；嵌入式计算机的信号线与I/O转换器和A/D转换器器连接。本发明用于变压器油中溶解气体成分测量。

技术领域

本发明涉及一种变压器油中溶解气体成分测量系统，属于气体检测领域。

背景技术

在变压器故障检测中，变压器油中气体检测是判断变压器绝缘故障的重压手段。对坚强电网供电可靠性起到重要的作用之一。变压器油中溶解气体检测当今方法主要有:气相色谱法、傅里叶变换红外光谱法、激光光声光谱法、阵列式气敏传感器法、半导体气敏传感器法、TCD热导检测传感器法。可调谐激光吸收光谱法(TDLAS)是利用激光器的窄线宽特性和可调谐特性，扫描被测气体的特征吸收谱线，从而实现痕量气体的定性和定量测量。TDLAS可以排除其他气体谱线对待测气体谱线的交叉干扰。空心光纤长光程设计和谐波检测技术可以达到PPB量级以上精度。

TDALAS检测系统与在线色谱相比，TDALAS不消耗被测样品，不需要消耗性载气和易污染老化的色谱柱和复杂的气路控制系统，其灵敏度更高造价也足够低。与FTIR傅立叶红外相比，其最突出的特点是可以直接测出H₂的体积分数。与所有测量透过量改变的光学方法相比，TDLAS可以直接测量吸收量而极大地提高了检测灵敏度。

因此与其他方法相比TDLAS方法的优势在于：环境气体干扰小；探测灵敏度高一般可以达到PPB量级；测量速度快小于60秒；可以在线应用。在常温条件下其灵敏度漂移可保证在200年内小于1％。空心光纤构成的小气池容易快速清理，可有效避免光学测量因光学表面污染而引入的误差。同时该技术也是近年来国内外研究热点和主流方向。

发明内容

本发明是为解决传统光谱法气体测量易受背景气体交叉干扰导致的测量精度低，测量时间长，测量环境受限的问题，进而提供一种基于时分复用的TDLAS变压器油中溶解气体成分测量系统。

本发明的技术方案是：基于时分复用的TDLAS变压器油中溶解气体成分测量系统包括转换继电器组、激光器组、光纤分束器、准直镜、空心光纤气室、温度传感器、温度控制器、聚焦器、真空泵、废气处理装置、光电探测器、前置放大器、锁相放大器、A/D转化器、I/O转换器、激光器控制器和嵌入式计算机；

嵌入式计算机的信号线与I/O转换器和A/D转换器器连接，I/O转化器的一路信号输出端与转换继电器组相连，I/O转化器的另一路信号输出端通过激光器控制器与转换继电器组相连，转换继电器组与激光器组连接，激光器组输出端通过光纤与光纤分束器连接，准直镜安装在气室入射端口，光纤分束器输出光纤连接准直镜，输出光源经气室内的空心光纤多次折射反射后，从出射端口射出至聚焦器，聚焦器与光电探测器连接，输出聚焦后的激光由光电探测器接收，光电探测器输出端连接前置放大器输入端，前置放大器输出端连接至锁相放大器输入端，锁相放大器输出端与A/D转换器相连；

温度控制器与温度传感器连接，温度传感器放置于气室内，嵌入式计算机接收A/D转换器输出的信号并进行数据分析与整理，真空泵与气室出气口相连，废气处理装置与真空泵相连。

进一步地，激光器组为多个DFB激光器。

进一步地，光电探测器为InGaAs探测器。

进一步地，时分复用的TDLAS变压器油中溶解气体成分测量系统还包括光纤耦合器，经准直镜准直后输出的准直光源，进入空心光纤与光纤耦合器连接组成的光程池，经多次折射反射后，从出射端口射出至聚焦器。