一种改进型的油中气体检测方法与系统与流程

本发明是一种改进型的油中气体检测方法与装置，涉及工业设备安全检测及维护领域。

背景技术：

油中溶解气体分析(dissolved gases analysis，DGA)技术是目前对充油电力设备进行常规监测的重要手段。因为DGA能够在无需停电的情况下进行，不受外界电场和磁场因素的影响，已经被世界各国公认为是监测和诊断充油电力变压器早期故障、预防灾难性事故的最好的方法，并形成了系列标准。

变压器的故障会使其在运行中缓慢产生多种气体，包括短链烃类气体(如CH和C2H2等)，H2，CO和CO等，其中，CO与CO的体积分数可作为固体绝缘材料受热分解的指示气体。在《变压器有种溶解气体分析和判断指导细则》中指出，随着油和固体绝缘材料的老化，CO和CO2会呈现有规律的增长。目前，电力部门主要采用气相色谱对变压器油中溶解的CO与CO2的体积分数进行测量，其主要缺点是需要将其用镍转化为CH4进行测量，测量时需同时考察其转化率。镍触媒的质量、转化温度和色谱柱容量都可能影响转化率，因此，气相色谱对CO和CO2的测量的灵敏度与准确度低于短链烃类与H2。

本发明的目的在于提供一种成本低、灵敏度高、可靠性高、可维护性好的光声光谱测量方法与系统。可用于工业上的油中气体检测。相较于其他的检测方法，光声光谱能够对变压器中的CO与CO2，以及其他烃类气体进行直接检测，避免了由触媒因素带来的检测结果误差。此外相对于其他气体检测系统，我们设计采用了双腔体结构，避免了传统单腔体结构带来的压强、温度的不一致带来的测量结果误差。我们在采集的过程中，直接通过串口或者滤波器将测量波形导出，实时分析，使得整个系统更加实时、高效。此外，由于节约了触媒了使用，本系统的构造成本相较于传统的光声光谱检测系统来说，大大降低。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种解决目前绝缘油中气体含量在线监测类产品检测精度低、稳定性能差、现场维护困难的问题，配合现场的油气分离单元，电气控制单元等，研制出一套完整的变压器油中气体在线监测系统。包括光声光谱反应腔体的设计构造，以及末端信号采集电路系统。其中光声光谱反应腔体部分主要分为光源，斩波轮，滤光片，步进电机，光声池以及微音器。后端的信号检测采集电路分为以下几个模块：采集到的原始信号经过隔离电路、前级放大、带通滤波、跟随电路、后级放大、二级跟随电路，再经AD7606同步采样AD芯片到达处理器。

附图说明

图1为光声光谱油中气体检测系统的整体结构图。

图2为光声光谱油中气体检测系统反应腔体结构图。

图3为光声光谱油中气体检测系统气路原理图。

图4为光声光谱油中气体检测系统脱气机工作流程图。

图5为光声光谱油中气体检测功能流程框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施作进一步说明：

如图1所示，光声光谱油中气体检测系统主要分为三个部分，第一个部分是信号源，由红外光源，斩波轮组成，这两个模块组成了光声光谱中的检测源。第二个部分是气体反应腔室部分，光源入射到光声池中会被气体吸收一部分能量，该气体中部分分子吸收光能而被激发到激发态，激发态分子通过无辐射碰撞弛豫返回至基态时，将释放一定的能量转变为气体分子的平动动能。气体分子的平动动能升高意味着温度的升高，当容器为密闭时，就意味着气体压力的升高。当光束被一定频率的斩波器调制时，则压力会随斩波器频率周期性变化。光声池内的微音器将检测到该声压并把它转换成电信号。光声信号的产生和检测是一个光、热、声、电的能量转换过程。第三个部分是信号处理部分，通过电路的直流分离、增益放大、带通滤波等模块，到达串口的数据具有良好的辨识效果，方便后期的信号处理。

如图2所示，光声池部分是本系统的核心部分，任何微小的外界或者是内部的环境以及噪声影响，都会对测量结果产生误差，这也就是为何将传统的单腔体的通道改为双腔体的缘故。光源经过斩波轮调制后，通过步进电机转动的滤光片进入到光声池中，光声池中的待测气体经过调制光源照射后会跟随着其调制频率产生周期声压信号并被检测到。

如图3所示，整个光声气体检测系统的气路原理图，整个气路原理图可分为以下两个部分。第一部分是油气分离装置和光声池，将油中待测气体分离后，通过K1进气阀，K2排气阀使整个腔体内的气体达到一个稳定的状态，这个稳定最主要的参考指标是温度和压强，可以通过温度传感器T和压力传感器P来测量。第二部分是气泵以及H2气体腔，在测量前，通过气泵将H2泵入后端气体回路中，通过控制排气孔K3，K4，K5来确保上次残留的气体都被排放出去，而整个气体回路中仅剩下与反应无关的气体。

图4展示的是光声光谱油中气体检测系统脱气机工作流程图，在开始进行光声检测的之前，我们要进行的工作是脱气排气工作，这样做的目的，一是为了将所有气体通道的杂质气体排放出去，二是为了使整个设备达到一个稳定状态。整个脱气时间要持续至少30min的时间，这个是可以通过程序控制调整的。当达到了预定的脱气时间以后，就启动红外光源，启动红外光源并不是开始检测，而是使光源预热达到一个稳定状态，然后记录压强示数，让K1，K2阀门打到0位置，也就是关闭位置，结束整个脱气流程。

如图5所示，光声光谱油中气体检测功能流程框图，在开始的时候，排气孔K3打到1位，记录此时此刻压强的读数，我们将持续将K3维持在高位，直到压强P的读数为初始压强P0±200KPa。待压强稳定以后，我们将K3排气孔阀门归到0位，此刻我们启动直流电机，并且启动斩波轮，使斩波轮打到额定的转速，等到这一步结束以后，我们启动步进电机，使滤镜转到初始设定的位置，然后在每个镜片前我们停留一分钟，这个一分钟是预留给气体的测试时间，可以通过程序来控制。在我们的试验中，为了进一步完整的测试出油中所含气体的成分，我们一共设立了七个滤光片，分别测试其中不同的气体：CO，CO2，CH4，C2H4，C2H2，C2H6，H2O(准确的说是六中，最后一个H2O是为了检测混合气体中的微量水蒸气)。

最后说明的是，以上结合附图所描述的实施例仅是本发明的优选实施方式，而并非本发明的保护范围的限定，任何基于本发明精神所做的改进或者等同替换，只要不脱离本发明的精神和范围，均应涵盖在本发明保护范围之内。