[发明专利]基于光声光谱法的SF6分解组分气体检测方法及装置

说明书

一种基于光声光谱法的SF6分解组分气体检测装置及方法，所述装置本装置将光声池分成均匀的两个部分，在光声池内部左半部分通入纯净SF6气体用，右半部分通入待测气体样品，光源经过聚光单元进入光声池，声学谐振腔与光源的信号相谐振，利用石英音叉来采集待测信号，将两种信号输入进差分放大电路，进行差分后输入计算机，得到SF6分解组分气体的浓度。本发明利用差分的方法，能极大的减小实验周围的噪声干扰，具有高灵敏度。在进气口出设计了一个陷波器，能够有效减少气体流动的噪声干扰。且采用石英音叉作为检测光声信号的材料，成本低，可以回收利用，极具发展潜力。

技术领域

本发明涉及电气设备故障诊断与评估领域，更具体地，涉及一种基于光声光谱法的SF6分解组分气体方法及装置。

背景技术

SF6是目前已知最优秀的气体绝缘介质，具有极其优良的绝缘、灭弧性能和理化特性。然而研究表明当SF6气体绝缘电气设备内部发生局部放电、火花放电、电弧放电、局部过热等绝缘故障时，SF6气体会发生一定程度的分解，生成SOF2和SO2F2等多种低氟硫化物。现有研究表明，不同类型的绝缘故障导致的SF6分解，其产物在成分、组分含量等方面均有所不同，且SF6气体的分解量与故障严重程度亦有所关联，因此可以借助检测分析SF6分解气体的浓度实现对设备内部的故障类型与故障严重程度的识别和评估。

光声光谱技术是近几十年发展起来的检测物质浓度的新型技术，相对于传统的检测技术具有灵敏度高、检测范围宽、检测速度快、特别适用于在线监测等优点。目前已经有许多能实现对多种故障特征气体同时检测的方法，从机制机理上可以分为以下几种：气相色谱法、阵列式气敏传感器法、傅立叶变换红外光谱分析法(FTIR)。但上述方法大都灵敏度不高或无法实现在线检测且容易受到噪声干扰。

为了减少噪声干扰，使用石英音叉作为检测光声信号的材料越来越受到重视。此外，石英音叉光声检测具有灵敏度高、成本低且低噪声干扰的特点，利于在实际中使用。

发明内容

在进行SF6分解组分现场检测时，由于仪器内气体的流动和复杂的环境条件，导致我们在检测结果受到了许多噪声干扰。所以，在进行气体检测时，降低环境对信号的干扰时十分重要的。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于光声光谱法的SF6分解组分气体检测方法及装置。

具体地，本发明提出一种基于光声光谱法的SF6分解组分气体检测装置，所述装置包括：进、出气单元、激光光源、压力表、聚光单元、共振光声池、计算机，光源经过聚光单元进入光声池，进、出气单元用于将实验所需的气体用气压的方式导进光声池，光声池与激光光源的信号相谐振，对谐振信号采集并处理后输入计算机，用于对SF6分解气体的浓度进行检测。

优选地，所述共振光声池包括声学谐振腔和声学信号检测单元，声学谐振腔与光源的信号相谐振，达到振幅的最大值即信号最大值。

优选地，所述声学谐振腔分成均匀的两个部分，在光声池内部左半部分通入纯净SF6气体用，右半部分通入待测气体样品。

优选地，所述声学信号检测单元包括两个石英音叉和电信号处理单元，所述石英音叉与由于光声效应产生的声学信号共振，产生声学信号的震动，同时由于压电效应将声信号转换为电信号并将电信号传导，所述电信号处理单元包括差分放大电路。

优选地，所述石英音叉分别插入两部分声学谐振腔中来采集噪声信号，并将两种信号输入进差分放大电路进行差分，以免噪声信号的干扰。

优选地，所述进、出气单元包括：SF6气体气瓶、气管、可控制的双向阀门、陷波器、可控制三向阀门以及气泵。

优选地，所述陷波器去除流动气体的噪声干扰，SF6气体气瓶通过气管与陷波器连接，气管上设置可控制双向阀门；陷波器通过气管连接可控制三向阀门，可控制三向阀门通过气管连接光声池，光声池入口端设置有可控制双向阀门。