本发明涉及一种气体检测系统，具体涉及一种基于激光吸收光谱的变压器油中气体检测系统。
背景技术：
电力系统由众多发、送、输、配、用电等设备连接而成，设备的可靠性及运行状况直接决定整个系统的稳定和安全,也决定着供电质量和供电可靠性。随着电力系统向高电压、大容量、互联网发展，以及用电部门要求的提高，对电力系统的安全可靠性提出更高要求。
变压器设备是电力系统的主体，是保证供电可靠性的基础。一台主要设备出现问题，往往造成局部和全局系统设备停止运行，造成供电中断事故的发生，因此，变压器设备的安全可靠运行尤为重要。检修是保证变压器设备健康运行的必要手段，关系着设备的利用率、事故率、使用寿命、人财物力的消耗以及电力企业的整体效益等诸多问题。
目前，对变压器设备进行检修主要分为三个层次:事后检修、预防性检修和状态检修，其中，状态检修已成为设备检修发展的趋势，它要求对运行中的电气设备的各种状态进行持续的在线监测，并随时获得反映各种状态的数据信息，在进行数据分析处理后，对设备的各种状况做出诊断，并制订检修策略。
国内外高电压、大容量的变压器设备普遍采用充油式变压器，在正常情况下，充油电器设备内的油纸绝缘材料在热与电的作用下，会逐步老化和分解，从而产生少量的各种低分子烃类和co2、co等气体，不同的故障和异常状态会产生不同的气体。
发明人发现变压器故障和异常状态下产生的气体会溶解于油中，因此变压器油中溶解气体的浓度能较好地反映变压器的绝缘状态和故障；但是，目前变压器油中溶解气体的监测又是一个难点问题，原因在于：1.故障气体微量，一般是几个到几十个μl/l；2.故障气体中的几种气体性质比较接近，存在着较大的交叉影响；所以，采用合适的检测方法是在线监测技术的关键所在。
目前国内外产品化的监测方法主要有气相色谱法(油色谱)和光声光谱法。气相色谱法：其检测检测原理为：色谱柱中的样品对不同气体组分的吸附、解析的速度不同，在载气的推动下，经过充分的交换，不同组分得到了分离，分离后的气体通过检测转换成电信号，经采集后获得气体组分的色谱图，根据组分峰高或面积进行浓度定量分析。气相色谱法发源于一个世纪之前，虽然技术成熟，但缺点非常明显，主要有：价格贵，不能测量氢气h2，维护量大，检测所需要的气量多，元件对油蒸汽、湿度敏感，环境适应能力较差。
光声光谱法：光声光谱检测技术基于光声效应，光声效应是由气体分子吸收电磁辐射而产生，气体吸收特定波长的谱线后温度升高，随即以释放热能的方式退激，释放出的热能是气体产生成比例的压力波。压力波的频率与光源的截波频率一致，并可通过高灵敏度微音器监测其强度，压力波的强度与气体的浓度成比例关系。由敏感原件检测，可以得到反映物质内部结构及成分含量的光声光谱。光声光谱法的缺点在于对双原子分子无响应(h2)，对结构对称分子(如c2h2等)检测精度较低，高透过率的滤光片难以制备以及对油蒸汽污染敏感，适应能力差等。
技术实现要素：
本发明的目的是为了提供一种能跟可靠的分析变压器油中溶解的故障气体的成分和含量的基于激光吸收光谱的变压器油中气体检测系统。
本发明的技术方案是：
一种基于激光吸收光谱的变压器油中气体检测系统，包括激光光源、气室、光检测器及信号处理电路模块，信号处理电路模块包括锁相放大检测电路模块及光电转换与信号调理电路模块，其中：气室用于存放变压器油中产生的气体；激光光源通过光纤与气室连接；气室通过光纤与光检测器连接；光检测器与信号处理电路模块连接；信号处理电路模块用于痕量气体浓度检测。
作为优选，激光光源为dfb激光光源。
作为优选，光检测器为pin管。
作为优选，光电转换与信号调理电路输出的vlog电压信号是经过带通滤波器滤除通带外的噪声信号的电压信号；pin管电流ipd与vlog输出端电压之间的关系可表示为:
vlog＝vy×lg(ipd/iz)，式中：iz为对数截距，vy为对数斜率。
作为优选，信号处理电路模块中：
光通过气体吸收后的强度可用i(ωl)的余弦傅里叶数级来表示：
每个谐波分量an(n>0)可由锁相放大器提取：
式中，θ＝ωmt；
在i0不变的情况下可以扫描到吸收线；对于μl/l量级的痕量气体微弱吸收而言，σlc远远小于1；则可得：
每个谐波分量是直接与痕量气体的浓度c成正比的；
对于上式的σ(ω)进行泰勒级数展开，得到：
在实际应用中，选择二次谐波分量作为检测信号，取n＝2，则：
本发明的有益效果是：能跟可靠的分析变压器油中溶解的故障气体的成分和含量，对变压器早期故障进行预判，从而对变压器进行及时维修，延长变压器的使用寿命并预防灾难性事故的发生。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述：
一种基于激光吸收光谱的变压器油中气体检测系统，包括激光光源、气室、光检测器及信号处理电路模块。信号处理电路模块包括锁相放大检测电路模块及光电转换与信号调理电路模块。气室用于存放变压器油中产生的气体。激光光源通过光纤与气室连接。气室通过光纤与光检测器连接。光检测器与信号处理电路模块连接。信号处理电路模块用于痕量气体浓度检测。
激光光源为dfb激光光源。
光检测器为pin管。
光电转换与信号调理电路输出的vlog电压信号是经过带通滤波器滤除通带外的噪声信号的电压信号；pin管电流ipd与vlog输出端电压之间的关系可表示为:
vlog＝vy×lg(ipd/iz)，式中：iz为对数截距，vy为对数斜率。
信号处理电路模块中：
光通过气体吸收后的强度可用i(ωl)的余弦傅里叶数级来表示：
每个谐波分量an(n>0)可由锁相放大器提取：
式中，θ＝ωmt；
在i0不变的情况下可以扫描到吸收线；对于μl/l量级的痕量气体微弱吸收而言，σlc远远小于1；则可得：
每个谐波分量是直接与痕量气体的浓度c成正比的；
对于上式的σ(ω)进行泰勒级数展开，得到：
在实际应用中，选择二次谐波分量作为检测信号，取n＝2，则：