检测流体中的组分的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种用于检测流体中的组分的方法，所述方法包括从调制光源向腔室中的所述流体发射调制光束，其中所述流体包括液体和所述液体中的组分。所述方法包括响应于所述发射的调制光束产生声学信号，并且通过设置在所述腔室中的压力传感器检测所述声学信号。在一个实例中，所述方法还包括将所述声学信号从所述压力传感器传输到基于处理器的模块，并且通过所述基于处理器的模块，基于所述声学信号确定所述流体中的组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项。
【专利说明】检测流体中的组分的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及一种检测系统，具体来说，涉及一种使用光声光谱(PAS)技术测量以下项中的至少一项的检测系统:流体中的组分以及所述组分的浓度。
【背景技术】
[0002]电气设备，例如变压器，通常使用具有热学和绝缘性质良好的流体来将电气设备的零件封装在密闭壳中，以便散逸线圈产生的热量。所述流体可以是油，例如蓖麻油、矿物油、氯化二苯基硅油等合成油以及类似的油。
[0003]如果电气设备发生故障，例如变压器的线圈故障，则可能导致运行中断。因此需要监控电气设备，以通过检测早期故障来预测设备的潜在故障。监控电气设备的公知方法包括分析变压器流体的多个参数。流体中存在的可燃气体总量(TCG)已知提供有关浸入流体中的电气设备的运行状态的信息。在一个实例中，为尽早检测故障，分析流体中的溶解气体。诸如一氧化碳、二氧化碳等气体组分的存在和浓度可以指示设备的热力老化。类似地，诸如氢气、碳氢化合物等气体组分可以指示介电击穿等故障。
[0004]诸如气体色谱法(GC)、光学光谱法和光声光谱法(PAS)等用于分析溶解气体的已知方法需要从流体中提取气体。诸如真空提取、顶部空间提取法等已知的提取技术存在各种缺点，例如重现性问题和复杂性提高的问题。
[0005]因此，需要做出技术改进，以便以不复杂且可重现的方式测量流体中的组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项。
【发明内容】
[0006]根据本发明一个方面，公开了一种用于测量流体中的组分的系统。在一个实例中，所述系统包括腔室，所述腔室含有流体，所述流体包括液体以及所述流体的组分。所述系统还包括调制光源，用于向所述流体发射调制光束，以由于存在所述组分而产生声学信号。所述系统进一步包括:设置在所述腔室中的压力传感器，用于检测所述声学信号；以及基于处理器的模块，所述模块可通信地连接到所述压力传感器并且配置成从所述压力传感器接收所述声学信号并且基于所述声学信号确定所述流体中的组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项。
[0007]根据本发明另一个方面，公开了一种用于检测流体中的组分的方法。所述方法包括从调制光源产生调制光束以及向腔室中的流体发射所述调制光束，其中所述流体包括液体以及所述液体中的组分。所述方法包括响应于发射的调制光束，从所述腔室中的所述组分产生声学信号，并且通过设置在所述腔室中的压力传感器检测所述声学信号。所述方法还包括将所述声学信号从所述压力传感器传输到基于处理器的模块，并且通过所述基于处理器的模块，基于所述声学信号而确定所述流体中的组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]在参考附图阅读以下详细说明后，将更好地理解本发明实施例的这些和其他特征以及方面，在附图中，类似的符号代表所有附图中类似的部分，其中:
[0009]图1是根据示例性实施例监控的电气设施的示意图；
[0010]图2示出了根据示例性实施例的检测系统；
[0011]图3是示意图300，示出了根据示例性实施例的压力波前中心以及压力传感器的相对位置；
[0012]图4示出了根据示例性实施例的曲线图，该图示出了通过压力传感器检测的压力波形的变化；
[0013]图5示出了根据示例性实施例的曲线图，该图示出了调制光束；
[0014]图6示出了根据示例性实施例的曲线图，该图示出了流体中的组分的吸光率；
[0015]图7示出了根据示例性实施例的曲线图,该图示出了液体的吸光率；
[0016]图8示出了根据示例性实施例的曲线图，该图示出了分别对应于液体以及流体组分的声学信号；
[0017]图9示出了根据示例性实施例的曲线图，该图示出了与含有液体和组分的流体对应的光声压力波的振幅的变化；
[0018]图10示出了根据示例性实施例的曲线图，该图示出了与流体中的组分对应的光声压力波的振幅的变化；
[0019]图11是根据示例性实施例的液体的吸收光谱的示意图；
[0020]图12是根据示例性实施例，与多个气体组分对应的吸收光谱的示意图；以及
[0021]图13是根据示例性实施例检测溶解在液体中的组分的示例性步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0022]本发明的实施例涉及一种使用光谱分析法检测流体中各个组分的存在的系统和方法。具体来说，在特定实施例中，使用光声光谱(PAS)技术确定液体中的溶解气体的成分和浓度。在一个实例中，调制光源向腔室中的流体发射光束，所述光束具有第一光束波长和第二光束波长。设置在腔室中的压力传感器测量腔室中产生的声学信号。可通信地连接到压力传感器的基于处理器的模块接收所述声学信号并且基于所述声学信号确定流体中的组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项。
[0023]图1示出了电气设施100，所述电气设施设有用于检查本说明书中公开的设备的示例性系统。电气设施100具有电气基础设施102，所述电气基础设施具有待检查的设备104、106。在图示的实施例中，设备104、106是变压器。设备104通过示例性检查系统108监控，而设备106通过另一个示例性检查系统110监控。此外，移动操作员112可以使用便携式诊断子系统114来迅速准确地诊断设备104、106的健康状况。此外，电气设施100还可以配备远程监控和诊断子系统116，以提供连续资产监控功能。在一个实例中，远程监控包括在线故障监控和故障趋势分析，以预测设备104、106的故障。在本说明书中应注意，图示的电气设施100不得视为限制性的。换言之，示例性检查系统108、110适用于需要检测流体中组分存在的其他应用和设备。
[0024]图2示出了根据示例性实施例用于检查系统108、110(如图1所示)中的至少一个检查系统中的检测系统200。检测系统200包括调制光源202，所述调制光源用于向装入腔室216中的流体218发射调制光束212，以产生“声学信号” 224。此处所述的“声学信号”224涉及由调制光束212引起的流体218的温度波动产生的压力信号。在图示的实施例中，调制光源202包括用于产生光束240的光源206以及用于产生调制光束212的调制装置208。在一个实施例中，光源206是激光源。在其他实施例中，光源206是宽带光源、可调谐二极管(TD)激光源或者量子级联激光源。
[0025]调制装置208通过控制以下项中的至少一项来调制光束240:光束240的强度、光束240的波长以及光源206的参数。在图示的实施例中，调制装置208是斩波器，所述斩波器包括带有多个槽位232的可旋转盘230。可旋转盘230用于产生光脉冲形式的调制光束212。在其他实施例中，调制装置208用于通过其他适当技术来调制光束240的强度。在一个特定实施例中，调制装置208用于调制光束240的波长。在一些实施例中，调制装置208是光源206的一部分并且使用直接调制技术。在此类实施例中，通过改变光源206的参数来调制光束240。在一个实施例中，更改光源206的环境温度以产生调制光束212。在另一个实施例中，改变光源206的输入功率以产生调制光束212。调制光束212的波长范围适用于检测流体218中的一个或多个组分的存在。
[0026]在图示的实施例中，调制光源202包括反射器204和光源206。光源206产生冲击反射器204的光束并且产生反射光束240。调制光源202还包括滤光器210，用于过滤对应于所需波长的光束240。在特定实施例中，滤光器210包括波长不同的多个滤光器。滤光器210接收调制光束并且产生第一光束波长213和第二光束波长214。在其他实施例中，可以使用替代构造的光学元件来产生调制光束212。例如，可以大致同时地使用多个滤光器210产生多个光束波长以及/或者在不同时间使用不同滤波器产生不同波长。
[0027]在图示的实施例中，流体218包括溶解在液体220中的组分222。在示例性实施例中，液体220是用于待检查设备(例如，变压器)中的绝缘油样本。组分222可以是诸如乙炔、氢气、甲烷、乙烷、乙烯、二氧化碳、一氧化碳、水分等气体组分中的至少一个。在其他实施例中，流体可以是悬浮液，其中包括悬浮在液体中的组分。所述组分可以是气体、液体或固体。基于液体220和组分类型选择第一光束波长213和第二光束波长214。
[0028]在图示的实施例中，分别基于液体220的吸收光谱以及组分222的吸收光谱确定第一光束波长213和第二光束波长214。在一个实施例中，第一光束波长213或第二光束波长214位于组分222的吸收光谱中的多个波长内。在此类实施例中，第一光束波长213和第二光束波长214在液体220的吸收光谱中的多个波长内。第一光束波长213和第二光束波长214以此类方式产生，从而产生声学信号224。下文将参考后续附图来详细说明第一光束波长213和第二光束波长214的产生。
[0029]在本实例中，腔室216内产生的声学信号224包括由于存在液体220而产生的第一声学信号234以及由于存在组分222而产生的第二声学信号238。液体220从第一光束波长213和第二光束波长214吸收不同量的光能。由于吸收光能不同，液体220的温度将波动。这里提到的“第一声学信号”234是由于液体220的温度波动而产生的压力信号，其中所述波动是由调制光束212产生的。
[0030]组分222从第一光束波长213和第二光束波长214吸收不同量的光能。由于吸收光能不同，组分222的温度将波动。“第二声学信号”238是由于组分222的温度波动而产生的压力信号，其中所述波动是由调制光束212产生的。调制光束212的第一光束波长213和第二光束波长214被选用于使第一声学信号234的振幅小于第二声学信号238。由于存在组分222，声学信号224大致等于第二声学信号238。
[0031]在替代实施例中，第一声学信号234与第二声学信号238相当。在这种情况下，第二声学信号238并不约等于声学信号224。如果能够第一声学信号234的估值可用，则通过用声学信号224减去第一声学信号234的估值来获得第二声学信号238的估值。可以通过单独试验来估计第一声学信号234。在不例性实施例中，向液体发射第一光束波长和第二光束波长并且通过压力传感器来测量与第一声学信号对应的声学信号。
[0032]压力传感器236设置在腔室216附近，用于检测声学信号224。在一个实施例中，压力传感器236设置在腔室216的底部。在另一个实施例中，压力传感器236设置在腔室216的中间。在另一个实施例中，压力传感器236设置在腔室216的外表面上。在不例性实施例中，设置压力传感器236以检测声学信号224的最大振幅。在另一个示例性实施例中，设置压力传感器236以检测高信噪比(SNR)的声学信号224。
[0033]在一个实施例中，压力传感器236是压电式压力传感器(piezo-based pressuresensor)。在此类实施例中，压力传感器236可以使用压电效应或压阻效应来检测声学信号224。在特定其他实施例中，压力传感器236可以是悬臂式压力传感器、扩音器、水听器、基于电容的传感器、基于磁性流体的传感器或者基于薄膜的压力传感器。
[0034]基于处理器的模块228可通信地连接到压力传感器236并且配置成从压力传感器236接收声学信号224。基于处理器的模块228进一步配置成基于声学信号224的振幅、频率和相位信息中的至少一个确定流体218中的组分和组分222的浓度这两项中的至少一项。
[0035]基于处理器的模块228可以包括控制器、通用处理器、多核心处理器或者嵌入式系统、基于处理器的模块228可以通过诸如键盘或控制板等输入装置从用户接收额外的输入。基于处理器的模块228还能够可通信地连接到存储模块，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存或其他类型的计算机可读介质。此类存储模块可以使用程序编码，以指示基于处理器的模块228执行一系列步骤来确定组分和组分222的浓度这两项中的至少一项。在特定实施例中，示例性检测系统200的所有部件可以用作与检查系统108、110 (如图1所示)一体成形的单个独立模块。
[0036]图3示出了根据示例性实施例的压力波前中心以及压力传感器的相对位置。在图示的实施例中，矩形302表示腔室，而点304表示向腔室中的流体发射调制光束的腔室中的位置。腔室中的流体可以具有一个或多个组分。具体来说，点304大致表示流体中由于发射调制光束而产生的压力波前的中心。在图示的实施例中，压力传感器设置在相对于矩形302的位置306中。尽管在图示的实施例中，压力波的中心表示为点304，但是在其他实施例中，通过沿直线向装入腔室中的流体发射调制光束，还可以沿该直线产生压力波。
[0037]尽管腔室302被图示为矩形，但是具体形状和大小取决于设计标准并且腔室可以是圆柱形、正方形、多边形等。它的大小可以根据具体实施方案改变，但前提是有足够的液体和组分来测量存在和浓度。
[0038]图4示出了根据图3所示的示例性实施的曲线图400，该图示出了压力波前的变化。图400的X轴402表示时间，以微秒为单位，而图400的y轴404表示压力，以帕斯卡为单位。波形406表示由设置在位置306中的压力传感器检测的压力波的变化。波形406标准化并且表示流体的脉冲响应。
[0039]图5示出了根据图2所示的示例性实施例的图示500，该图示出了调制光束212的强度的变化。图500的X轴502表示时间，而图500的y轴504表示调制光束212的强度(输出功率，以毫瓦为单位)。图500不出了在第一时隙中的调制光束212的第一脉冲506以及在第二时隙中的调制光束212的第二脉冲508。第一脉冲506具有第一光束波长213,而第二脉冲508具有第二光束波长214。在图示的实施例中，第一脉冲506和第二脉冲508交替产生。
[0040]在此应注意，第一光束波长213或第二光束波长214中的一个在组分222的吸收光谱中的多个波长内。因此，如果第一光束波长213在组分222的吸收光谱中的多个波长内，则向流体218发射第一脉冲506时，组分222吸收光能，并且当向流体218发射第二脉冲508时，组分222不吸收光能。如果第二光束波长214在组分222的吸收光谱中的多个波长内，则当向流体218发射第二脉冲508时，组分222吸收光能，并且当向流体218发射第一脉冲506时，组分222不吸收光能。第一光束波长213和第二光束波长214均在液体220的吸收光谱中的多个波长内。当向流体218发射第一脉冲506或第二脉冲508时，液体220吸收相同量或大致相同量的光能。在另一个实施例中，第一光束波长213和第二光束波长214均在组分222的吸收光谱中的多个波长内。当向流体218发射第一光束波长213时，组分222吸收第一光能量，并且向流体218发射第二光束波长214时，所述组分吸收第二光能量，其中所述第二光能量与第一光能量不同。
[0041]在其他实施例中，第一脉冲506和第二脉冲508可以具有不同的形状和/或在不同时隙中发射。在特定实施例中，第一脉冲506和第二脉冲508可以具有相对于对应时隙的不同强度。在一些实施例中，第一脉冲506可以在第二时隙中具有非零值，而第二脉冲508可以在第一时隙中具有非零值。第一脉冲506和第二脉冲508可以在时间上重叠。第一脉冲506和第二脉冲508可以被振幅调制、频率调制或相位调制。在一些实施例中，使用诸如振幅调制、频率调制和相位调制等调制技术的组合来产生调制光束212。在一个实施例中，分别基于第一振幅和第二振幅对第一光束波长和第二光束波长进行振幅调制。第一光束波长具有第一振幅并且第二光束波长具有第二振幅，第二振幅与第一振幅不同。该调制技术有助于在同时发射具有第一光束波长和第二光束波长的调制光束时产生由所述组分引起的压力波。
[0042]图6示出了根据示例性实施例的曲线图600,该图示出了流体中的组分的吸光率的变化。图600的X轴602表示时间，而图600的y轴604表示吸光率，该吸光率是指示组分吸收的辐射的比率。当发射第一脉冲时，组分从具有第一光束波长的调制光束吸收光能。当发射第二脉冲时，组分从具有第二光束波长的调制光束吸收不同量的光能。第一光束波长和第二光束波长中的一个具有在组分的吸收光谱内第一吸光值616。第一光束波长和第二光束波长中的另一个具有在所述组分的吸收光谱内第二吸光值618。在图示的实施例中，曲线606表不组分的高吸光值。曲线608表不组分的低吸光值。由于当向流体发射第一脉冲和第二脉冲时吸收的能量不同，因此组分易于发生温度波动。此类温度变化将产生压力波并且由于存在组分，流体中将产生声学信号。
[0043]在一个实施例中，对于第一光束波长和第二光束波长中的一个光束波长，组分具有第一吸光值616，所述第一吸光值在所述组分的吸收光谱中的第一吸光值范围610内。在此类实施例中，对于第一光束波长和第二光束波长中的另一个光束波长，所述组分具有第二吸光值618，所述第二吸光值在所述组分的吸收光谱中的第二吸光值范围612内。在此应注意，第二范围612与第一范围610不同。第一范围610对应于曲线606的高吸光值，而第二范围612对应于曲线608的低吸光值。第一范围610与第二范围612之间的间隔614由于向流体发射调制光束而产生组分的温度波动。
[0044]图7示出了根据示例性实施例的曲线图700，该图示出了流体中的液体的吸光率的变化。图700的X轴702表示时间，而图700的y轴704表示吸光率。当发射第一脉冲时，所述液体从具有第一光束波长的调制光束吸收能量。曲线706表不第一脉冲期间的液体的高吸光值。当发射第二脉冲时，所述液体从具有第二光束波长的调制光束吸收相同量或大致相同量的能量。曲线708表示发射第二脉冲时的液体的高吸光值。
[0045]第一光束波长和第二光束波长均具有在液体吸收光谱内的多个吸光值。对于第一光束波长和第二光束波长中的一个光束波长，所述多个吸光值包括第三吸光值712。对于第一光束波长和第二光束波长中的另一个光束波长，所述多个吸光值进一步包括第四吸光值714。当第三吸光值712与第四吸光值714完全相同时，液体温度不改变并且由于存在液体而不产生任何声学信号。当第三吸光值712与第四吸光值714大致相同时，液体温度略微改变，并且由于存在液体220而产生声学信号,该声学信号的幅度相对小于由于存在所述组分而产生的声学信号的幅度。
[0046]在一些实施例中，第一光束波长和第二光束波长具有多个吸光值，所述多个吸光值在液体吸收光谱内的吸光值范围710内。第三吸光值712和第四吸光值714包括在吸光值范围710内。液体吸收的能量变化将导致液体温度波动，从而由于存在液体而产生声学信号。液体温度变化取决于范围710。应注意，由于存在液体而产生的温度变化幅度小于由于存在组分222而产生的温度变化幅度。在一个实施例中，第一声学信号234(如图2所/Jn )至少比第二声学信号238 (如图2所不)小60dB。在其他实施例中，第一声学信号小于第二声学信号的幅度在40到10dB的范围内。在替代实施例中，液体220的温度变化与组分222的温度变化类似。在此类实施例中，第一声学信号234和第二声学信号238具有类似的值。
[0047]图8示出了根据示例性实施例的曲线图800，该图示出了由于存在流体中的液体而产生的声学信号。图800的X轴802表示时间，以毫秒为单位，而图800的y轴804表示声学信号的压力值。直线806表不由于存在液体而产生的声学信号，而曲线808表不由于存在流体中的组分而产生的声学信号。曲线806表不由于存在液体而产生的声学信号响应无关紧要。
[0048]图9示出了根据示例性实施例的曲线图900，该图示出了由于存在液体和组分而在流体中产生的光声压力波的振幅变化。在图900中，X轴902表示组分的浓度，以PPm(百万分率)为单位，而y轴904表示峰值压力，以帕斯卡为单位。曲线906表示产生的光声压力波的振幅。应注意，在图示的实施例中，根据接下来的图10所示的实施例，由于存在液体而产生的压力振幅值4.7X 15Pa大于由于存在组分而产生的光声压力波的振幅。
[0049]图10示出了根据示例性实施例的曲线图1000，该图示出了由于存在流体中的组分而产生的光声压力波的振幅变化。在图1000中，X轴1002表示浓度，以ppm(百万分率)为单位，而y轴1004表示峰值压力，以帕斯卡为单位。曲线1006表示由于存在组分而产生的光声压力波的振幅。在图示的实施例中，与曲线1006对应的压力振幅在OPa到12Pa的范围内，相对于参考图9所述的液体的压力振幅值而言，该值非常小。
[0050]图11示出了根据示例性实施例的曲线图1100，该图示出了与变压器系统的绝缘油(路径长度为0.5mm)对应的吸收光谱。图1100的x轴1102表示波数(用cm—1表示)，而图1100的y轴1104表示吸光率，用吸光值的百分数表示。曲线1106表示绝缘油的吸收光谱，其在波数2000cm-1和3500cm-1处的最小吸光值为约50%，分别用数字1108、1110表不。在图不的实施例中，第一吸光值1112和第二吸光值1114相同。
[0051]图12是根据示例性实施例，与多个气体组分(500ppm和Imm路径长度)对应的吸收光谱的示意图1200。图1200的X轴1202表示波数(用cnT1表示)，而图1200的y轴1204表不吸光率,用吸光值的百分数表不。曲线1206表不二氧化碳的吸收光谱，曲线1208表示甲烷的吸收光谱，而曲线1210表示乙炔的吸收光谱。在图1200中，乙炔呈现对应于波数33000^1的吸光值峰值0.05%，用参考数字1212表示，甲烷呈现对应于波数βΟΟΟαιΓ1的吸光值峰值0.2%，用参考数字1214表示，而二氧化碳呈现对应于波数2300(3!^1的吸光值峰值1.4% (图中未图示)。在图示的实施例中，第三吸光值1214和第四吸光值1216在甲烷的吸收光谱内。第三吸光值1214相对高于第四吸光值1216。对应于图12中所示的气体组分的吸光值峰值小于同一波长范围中的绝缘油的吸光值。应注意，中所述的多个实施例中的所有值不得视作对本发明的限制。
[0052]图13是根据示例性实施例检测溶解在液体中的A组分的方法的示例性步骤的流程图1300。该方法包括通过调制光源发出的光束的强度和波长中的至少一个来产生1302调制光束。向腔室中的流体发射1304调制光束。该流体包括液体和液体中的组分。在一个实施例中，该流体包括溶解在液体中的组分。在另一个实施例中，该流体可以是悬浮液，其中包括悬浮在液体中的组分。在一个实施例中，多种组分溶解或悬浮在液体中。发射的调制光束具有第一光束波长和第二光束波长。
[0053]向流体发射具有第一光束波长和第二光束波长的调制光束，以便液体连续吸收1306光能并且所述组分间歇地吸收1308光能。第一光束波长和第二光束波长中的一个光束波长在组分的光谱吸收范围内，而第一光束波长和第二光束波长中的另一个光束波长不在组分的光谱吸收范围内。
[0054]但是，第一光束波长和第二光束波长均在液体的光谱吸收范围内。当发射调制光束时，流体温度由于存在组分而改变，从而产生1310声学信号。液体从具有第一光束波长和第二光束波长的调制光束吸收能量。液体温度不改变，因此不会由于存在液体而产生任何声学信号。在一个实施例中，第一光束波长和第二光束波长可以交替发射。在替代实施例中，第一光束波长和第二光束波长经过振幅调制并且在时间上重叠。在组分的吸收光谱中，基于第一吸光值范围内的第一吸光值与第二吸光值范围内的第二吸光值的差异而从组分产生声学信号。
[0055]所述声学信号可以包括光信号、电信号和压力信号中的一种信号，具体取决于所用的压力传感器的类型。随后将产生的声学信号传输1312到基于处理器的模块。基于处理器的模块测量1314接收的声学信号的振幅值。在一个实施例中，接收的声学信号的测量振幅值可以是声学信号的峰值。在另一个实施例中，基于声学信号的幅度和相位确定声学信号的振幅。在示例性实施例中，使用同步解调技术测量声学信号的振幅。
[0056]基于处理器的模块基于调制光束的波长范围确定1316组分类型。在一些实施例中，可以使用查询表来确定组分类型，所述查询表中包含与气体组分及其对应吸收光谱范围对应的数据。在一个实例中，如果调制光束的第一光束波长和第二光束波长中的一个光束波长与2200CHT1到2400CHT1范围内的波数对应，则所述基于处理器的模块确定所述组分为二氧化碳。在另一个实例中，如果调制光束的第一光束波长和第二光束波长中的一个光束波长与2900CHT1到3100CHT1范围内的波数对应，则该组分被检测为甲烷。在另一个实例中，如果调制光束的第一光束波长和第二光束波长中的一个光束波长与3200cm-1到3400cm-1范围内的波数对应，则该组分被检测为乙炔。在一个实施例中，可以使用预定校准图表，基于测量振幅确定1318组分的浓度。在特定实施例中，可以基于传递函数确定该校准图表。在另一个实施例中，可以基于模拟结果确定该校准图表。该校准图表可以是查询表，其中包括与每个组分对应的振幅值范围的浓度值数据。
[0057]根据一个实例，可以重复执行所述过程，以在检测组分的存在和/或浓度之后重复此过程但是用不同的光束波长，例如，通过改变图2中所示的滤波器。通过这种方式，检测样本流体中的其他组分的存在和/或浓度。
[0058]本说明书中所述的示例性检查系统和方法能够使用光声光谱(PAS)确定流体中的组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项。所述示例性技术包括检测与所述组分对应的小振幅光声压力波以及消除或大幅减小传统PAS中由于存在液体而可能产生的大振幅声学信号。例如在电力变压器系统中，可以使用所述示例性技术来分析溶解气体而不从绝缘油中提取气体。
[0059]应理解，无需根据任意特定实施例来实现上述所有此类目标或优点。因此，例如，所属领域的技术人员会认识到，本说明书所描述的系统和技术可以按照实现或改进本说明书所教示的一个优点或一组优点的方式来实施或执行，而不必实现可能由本说明书所教示或建议的其他目标或优点。
[0060]尽管仅结合有限数量的实施例来详细描述所述技术，但可以轻易地了解到，本发明不限于此类公开的实施例。相反，可以修改所述技术以包括本说明书中未描述但与权利要求书的精神和范围一致的任意数量的变型、改变、替代或等效布置。此外，尽管已描述了所述技术的多个实施例，但应了解，本发明的各个方面可以只包括所述实施例中的一些实施例。因此，本发明不视作受前述说明限制，而是仅受限于随附的权利要求书的范围。
【权利要求】
1.一种系统，包括: 腔室，所述腔室含有流体，所述流体包括液体和所述流体中的组分； 调制光源，用于向所述流体发射调制光束，以由于所述组分的存在而产生声学信号；设置在所述腔室附近的压力传感器，用于检测所述声学信号；以及基于处理器的模块，所述模块可通信地连接到所述压力传感器并且配置成从所述压力传感器接收所述声学信号且基于所述声学信号确定所述流体中的所述组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述组分是气体组分。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述气体组分包括乙炔、氢气、甲烷、乙烷、乙烯、二氧化碳、水分、一氧化碳以及其组合。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述调制光源包括激光源和调制装置。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述调制装置从所述激光源接收光束、调制所述光束并且产生所述调制光束，所述调制光束具有第一光束波长和第二光束波长。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述调制装置调制以下项中的至少一项:所述光束的振幅、频率和相位。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一光束波长和所述第二光束波长交替产生。
8.根据权利要求5所述的系统,其中所述第一光束波长和所述第二光束波长中的一个光束波长具有第一吸光值，所述第一吸光值在所述组分的吸收光谱中的第一吸光值范围内。
9.根据权利要求8所述的系统,其中所述第一光束波长和所述第二光束波长中的另一个光束波长具有第二吸光值，所述第二吸光值在所述组分的所述吸收光谱中的第二吸光值范围内，其中所述第二吸光值范围与所述第一吸光值范围不同。
10.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一光束波长和所述第二光束波长均具有多个吸光值，所述多个吸光值在所述液体的吸收光谱中的吸光值范围内。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述压力传感器是以下项中的至少一项:压电式传感器、悬臂式传感器、扩音器、水听器、基于电容的传感器以及基于薄膜的传感器。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述调制光源包括光源、至少一个滤波器以及调制装置，用于控制以下项中的至少一项:从所述光源产生的光束的强度、所述光束的波长以及所述光源的参数。
13.—种方法,包括: 从调制光源向腔室中的流体发射调制光束，其中所述流体包括液体和所述液体中的组分； 响应于发射的调制光束，从所述腔室中的所述组分产生声学信号； 通过设置在所述腔室中的压力传感器检测所述声学信号； 将所述声学信号从所述压力传感器传输到基于处理器的模块；以及通过所述基于处理器的模块，基于所述声学信号确定所述流体中的所述组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述调制光束具有第一光束波长和第二光束波长。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述发射包括通过调制装置调制光束以交替发射所述第一光束波长和所述第二光束波长。
16.根据权利要求14所述的方法，进一步包括通过至少一个滤光器从所述调制光束产生所述第一光束波长和所述第二光束波长。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述产生声学信号包括在所述组分的吸收光谱中，基于第一吸光值范围内的第一吸光值与第二吸光值范围内的第二吸光值之间的差异而从所述组分产生所述声学信号。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述发射调制光束包括通过调制装置调制光束的振幅。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述发射调制光束包括通过改变施加到激光源的功率或者所述激光源的环境温度来调制激光束。
20.根据权利要求13所述的方法，其中所述确定所述流体中的所述组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项包括测量所述声学信号的振幅。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述确定所述流体中的所述组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项包括基于所测量的振幅而测量所述组分的所述浓度。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述确定所述流体中的所述组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项包括使用同步解调技术来测量所述声学信号的所述振幅。
23.根据权利要求13所述的方法，其中所述确定所述流体中的所述组分和所述组分的浓度这两项中的至少一项进一步包括基于所述调制光束的波长范围识别所述组分。
【文档编号】G01N21/39GK104422668SQ201410437500
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】S.梅蒂, N.卡伍里塞图玛哈文, N.乔扈里 申请人:通用电气公司