基于光声光谱技术的sf6气体分解产物检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种气体分解产物检测领域，特别涉及一种基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，包括壳体，壳体内部设置单片机及其附属电路，单片机及其附属电路连接电源，单片机通过功率开关管连接红外光源，红外光源与光声池的光源入射口相对，光声池内部设置谐振腔，光声池两侧设置与谐振腔相通的圆形孔，两侧的圆形孔内安装微音器，微音器通过锁相放大电路连接单片机，单片机连接显示屏，光声池上端设置与谐振腔相通的进气口和出气口。本实用新型避免了电化学方法存在的交叉干扰和电极“中毒”问题，降低了系统噪音，提高了检测的准确度，结构简单紧凑，体积小，稳定性好。
【专利说明】基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气体分解产物检测领域，特别涉及一种基于光声光谱技术的SF6 气体分解产物检测装置。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的快速发展，以SF6气体作为绝缘介质的电气设备得以大量运用， 而SF6气体分解产物的检测是诊断SF6设备运行工况和潜伏性故障的有效方法。SF6电气 设备内部故障时分解产生的硫化物主要有S02、H2S、SF4、S02F S0F2、S2F10和S20F10等； 氟化物主要有HF、CF4、A1F3、CuF2和WF6等；碳化物主要有CO、C02和低分子烃等。其中 S02、H2S和C0三种组分气体可以作为设备发生故障时分析判断的特征组分。目前行业内 使用的检测仪主要采用电化学传感器检测法，此种传感器在检测过程中受到硫化物腐蚀影 响发生"中毒"，容易产生漂移或损坏，导致检测结果不准，其测量准确度难以满足诊断SF6 设备潜伏性故障的要求，同时维护成本高，故障率高。
【发明内容】
[0003] 根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种设计合理，检测结 果准确，维护成本低，故障率低的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0005] 所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，包括壳体，壳体内部设 置单片机及其附属电路，单片机及其附属电路连接电源，单片机通过功率开关管连接红外 光源，红外光源与光声池的光源入射口相对，光声池内部设置谐振腔，光声池两侧设置与谐 振腔相通的圆形孔，两侧的圆形孔内安装微音器，微音器通过锁相放大电路连接单片机，单 片机连接显示屏，光声池上端设置与谐振腔相通的进气口和出气口。
[0006] 所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置避免了电化学方法存在 的交叉干扰和电极"中毒"问题，降低了系统噪音，提高了检测的准确度，结构简单紧凑，体 积小，稳定性好。
[0007] 进一步地优选，光声池一端设置入射镜，入射镜设置在光源入射口处，另一端设置 反射镜，入射镜和反射镜通过压环固定在光声池的两端。提升池体内的光线反射率，增大光 强。
[0008] 进一步地优选，入射镜和反射镜之间形成谐振腔，谐振腔两端设置缓冲室。
[0009] 进一步地优选，红外光源采用红外灯丝，红外光源前端设置滤光片。经过滤光片滤 光后，得到特定频率波长的光谱，以激发所需检测的气体释放热能。
[0010] 进一步地优选，微音器米用娃微传声器。SPA2410LR5H-B娃微传声器电平输出与 声波幅值大小有很强的正相关关系，具有更高的灵敏度，且在100至10000HZ范围内频响平 坦。
[0011] 进一步地优选，单片机采用PIC16C74单片机。低成本、高可靠性。
[0012] 进一步地优选，电源采用磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池安全性较高，而且使用充电 快速方便。
[0013] 进一步地优选，壳体采用ABS树脂。ABS树脂材料强度和耐温特性都已满足生产 现场要求，并且密度较小质量轻，便于携带，性价比较高。壳体的的长度为370mm，宽度为 300mm，高度为 170mm。
[0014] 本发明所具有的有益效果是：
[0015] 1、运用光声光谱法分析SF6分解产物含量，避免了电化学方法存在的交叉干扰和 电极"中毒"问题，提高了检测的准确度，降低了成本。
[0016] 2、采用硅微传声器检测光声信号，降低了系统噪音并提高了检测灵敏度，在硅微 传声器输出单元外加锁相放大器回路，筛选并且放大出所需要的压力波信号，大幅度抑制 无用噪声，改善检测的信噪比。
[0017] 3、通过M0SFET功率开关管调制红外光源频率，稳定性好，受外界振动影响小，且 具有寿命长，无机械触点的优点，极大提高了工作可靠性，结构简单紧凑，减小了体积，提高 了可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的结构原理框图；
[0019] 图2为本发明的结构示意图；
[0020] 图3为本发明光声池的结构示意图；
[0021] 图4为锁相放大电路等值电路图；
[0022] 其中，1、壳体；2、红外光源；3、单片机；4、功率开关管；5、电源；6、光声池；7、圆形 孔；8、光源入射口；9、滤光片；10、压环；11、谐振腔；12、微音器；13、锁相放大电路；14、入 射镜；15、进气口；16、出气口；17、缓冲室；18、反射镜。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
[0024] 如图1、图2、图3、图4所示，本发明所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物 检测装置，包括壳体1，壳体1内部设置单片机3及其附属电路，单片机3及其附属电路连接 电源5,单片机3通过功率开关管4连接红外光源2,红外光源2与光声池6的光源入射口 8相对，光声池6内部设置谐振腔11，光声池6两侧设置与谐振腔11相通的圆形孔7,两侧 的圆形孔7内安装微音器12,微音器12通过锁相放大电路13连接单片机3,单片机3连接 显示屏，光声池6上端设置与谐振腔11相通的进气口 15和出气口 16。
[0025] 所述的光声池6 -端设置入射镜14,入射镜14设置在光源入射口 8处，另一端设 置反射镜18,入射镜14和反射镜18通过压环10固定在光声池6的两端，入射镜14和反射 镜18之间形成谐振腔18,谐振腔11两端设置缓冲室17。
[0026] 其中，红外光源2采用红外灯丝，红外光源2前端设置滤光片9,微音器12采用硅 微传声器，单片机3采用PIC16C74单片机，电源5采用磷酸铁锂电池，壳体1采用ABS树脂。
[0027] 基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测方法，包括以下步骤：
[0028] (1)待检测气体通过光声池 6的进气口 15进入到光声池 6的谐振腔11内；
[0029] (2)打开电源5,单片机3及其附属电路，功率开关管4,红外光源2,锁相放大电路 13以及显示屏通电，单片机3对输出的开关驱动信号进行SPWM调制，将红外光源接入功率 开关管回路，用SPWM信号驱动功率开关管，通过功率开关管对红外光源2进行电子调制，经 过电子调制后红外光强呈周期性变化，经过滤光片滤光后，得到特定频率波长的光谱，以激 发所需检测的气体释放热能；
[0030] (3)所得到的特定频率波长的光谱通过光源入射口 8进入到光声池6内，光声池 6内的待检测气体受到窄带光脉冲照射，气体分子按其特征吸收频率吸收光辐射，气体吸收 能量与其浓度成比例关系，并将吸收能量部分转化为热能，气体根据入射光脉冲被周期性 加热，气体温度的周期性波动导致压力波动；其中，根据HITRAN2008G分子吸收光谱数据库 对S02，H2S和C0的吸收谱线进行仔细分析后选取的特征吸收谱线如下：S02特征吸收谱线 波长3. 98um，H2S特征吸收谱线波长4. 65um，C0特征吸收谱线波长2. 64um。
[0031] (4)周期性压力波动通过微音器12进行检测，微音器12将声能变换成电信号，电 信号通过锁相放大电路13提高信噪比后将信号传给单片机3,单片机3经过分析和计算后 得到检测气体的浓度值，最后通过显示屏显示。
【权利要求】
1. 一种基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，包括壳体（1)，壳体（1)内部 设置单片机（3)及其附属电路，单片机（3)及其附属电路连接电源（5)，其特征在于：单片机 (3)通过功率开关管（4)连接红外光源（2)，红外光源（2)与光声池（6)的光源入射口（8) 相对，光声池（6)内部设置谐振腔（11)，光声池（6)两侧设置与谐振腔（11)相通的圆形孔 (7)，两侧的圆形孔（7)内安装微音器（12)，微音器（12)通过锁相放大电路（13)连接单片机 (3)，单片机（3)连接显示屏，光声池（6)上端设置与谐振腔（11)相通的进气口（15)和出气 口（16)。
2. 根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在 于：所述的光声池（6) -端设置入射镜（14)，入射镜（14)设置在光源入射口（8)处，另一端 设置反射镜（18)，入射镜（14)和反射镜（18)通过压环（10)固定在光声池（6)的两端。
3. 根据权利要求2所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在 于：所述的入射镜（14)和反射镜（18)之间形成谐振腔（18)，谐振腔（11)两端设置缓冲室 (17)。
4. 根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在 于：所述的红外光源（2 )采用红外灯丝，红外光源（2 )前端设置滤光片（9 )。
5. 根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在 于：所述的微音器（12)米用娃微传声器。
6. 根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在 于：所述的单片机（3)采用PIC16C74单片机。
7. 根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在 于：所述的电源（5 )采用磷酸铁锂电池。
8. 根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在 于：所述的壳体（1)采用ABS树脂。
【文档编号】G01N21/3504GK203849167SQ201420136288
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】赵利, 岳增伟, 阎炳水, 耿宁, 徐天锡, 杨静, 李天 , 林英, 崔川, 季素云, 孙学锋, 李志刚, 张涛, 高鹏, 王毅, 王晔, 王世儒, 孙立新, 王建民, 张 杰, 乔恒 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司淄博供电公司