本发明属于气体绝缘设备综合气体分析技术领域，尤其是涉及一种基于光电传感原理的综合气体分析仪及其使用方法。
背景技术：
六氟化硫（SF6）气体具有优良的绝缘和灭弧性能，作为绝缘介质可以大大减小设备尺寸，因此广泛应用于气体绝缘断路器、气体绝缘组合电器（Gas Iusulated Sub Station， GIS）、变压器、互感器等各种电气设备中。据不完全统计，全国SF6高压开关和全封闭组合电器GIS达数十万台，已成为电力系统的主要设备，其应用对提高电力生产的安全经济运行起到了很好的作用。纯净的SF6化学性质稳定，正常状况下不易分解。然而，由于SF6气体绝缘设备在制造、安装或运行时可能出现各种缺陷，进而发生放电（电弧放电、火花放电、局部放电）和过热故障，导致SF6气体发生分解，生成多种低氟硫化物，这些低氟硫化物会和设备内部存在的微量水分、氧气等杂质生成氟化氢（HF）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）、氟化亚硫酰（SOF2）、氟化硫酰（SO2F2）等化合物。若放电现象出现在固体绝缘介质附近，还将生成CF4、CO、CO2等分解化合产物。
实践研究表明，通过SO2含量比例可分析判断放电剧烈程度和设备是否高温过热；通过H2S气体组分含量大小来判断故障是否涉及固体绝缘；CO和CO2可以作为设备过热的特征气体；而通过CF4气体含量可分析判断固体绝缘情况。
六氟化硫SF6气体绝缘设备在制造、安装或运行时可能出现各种缺陷，进而发生放电和过热故障，导致SF6气体发生分解，实践研究表明，通过SO2含量比例可分析判断放电剧烈程度和设备是否高温过热；通过H2S气体组分含量大小来判断故障是否涉及固体绝缘；CO气体和CO2气体可以作为设备过热的特征气体；而通过CF4气体含量可分析判断固体绝缘情况。
目前对于SF6分解产物的检测主要应用电化学传感器对SO2、HF、CO、H2S等气体进行检测，而电化学传感器存在零点漂移、易受交叉干扰影响、使用寿命短等特点，这就使得对SF6分解产物的测量不够准确、可靠性较差。
目前市场上普遍应用的有三类产品，即气体检测管、基于电化学传感器的分解产物测试仪、气相色谱仪。目前使用比色管可以进行现场直接检测，其特点是操作简单，简便易行，耗气量少，耗时短；但是目前使用的比色管法检测灵敏度较低，只能作定性或半定量的检测，并且只能一次性使用。电化学传感器检测法是目前现场使用较为普遍的一种方式，多用于六氟化硫电气设备中的SO2、H2S、HF、CO等气体的检测，其特点是操作简单，易行，耗时短，耗气量少；但是存在易受交叉干扰影响、寿命短、零点漂移等现象，使得测量不准确，可靠性较差。气相色谱仪现场所用为便携式仪表，多用于CF4、CO2和C3F8气体的检测，其特点是样品用量较少、灵敏度高、精确可靠，但检测能力受标准样品和色谱分离能力的限制，并受取样水平影响。
因此，亟需研发一款新的能够用于气体绝缘设备的综合气体分析设备。
授权公告号为CN202854298U的实用新型专利公开了一种SF6充气式断路器绝缘状态在线监测装置，它包括SF6充气式断路器（1），在SF6充气式断路器（1）上连接有气体循环监测管（17），在气体循环监测管（17）上串接有进气开关电磁阀（6）、电化学与红外线传感设备（7）、回气开关电磁阀（10）和加压泵（12），在电化学与红外线传感设备（7）上连接有数据采集单元（11）、控制单元（13）和显示传输单元（14），控制单元（13）与进气开关电磁阀（6）、回气开关电磁阀（10）和加压泵（12）连接。该实用新型可实施对SF6断路器的在线监测，实时监测SF6的纯度及分解物状况，能够分析出SF6断路器的健康状况，可防止因SF6断路器故障。然而，该实用新型采用的是电化学传感器，存在易受交叉干扰影响、寿命短、零点漂移等现象，使得测量不准确，可靠性较差。
授权公告号为CN202939124U的实用新型专利公开了一种红外差分法SF6分解物在线分析仪，包括数据处理器、变压器、显示屏、测量传感器、输入输出设备、锂电池，其中：变压器、显示屏、输入输出设备、锂电池分别与数据处理器相连，测量传感器与数据处理器相连，且根据红外光源的数量设置若干台。红外光源的数量和测量物质的数量有关，测量传感器和所述红外光源一一对应，红外差分法SF6分解物在线分析仪采用激光光谱分析法的原理。由于采用了上述技术方案，该实用新型具有测量精度高、测量范围宽、灵敏度高、测量时不怕污染、维护成本低的优点。然而，该实用新型专利对光谱吸收技术的概括较为笼统，没有从性能和成本等方面综合考虑红外光谱吸收技术和激光气体吸收技术的优缺点，从而不利于产品的实际应用和产业化推广。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于光电传感原理的综合气体分析仪及其使用方法，能够实现定量、精确检测，不存在交叉干扰现象；而且取气量少，反应时间快，使用寿命长，不存在零点漂移；能够实现对腐蚀性气体的准确测量；仪器长期稳定性好，受环境影响小；成本优势控制明显，结合两种技术的成本特点，针对不同气体采用不同的检测原理，利于便携式仪表产业化推广。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于光电传感原理的综合气体分析仪，结合非分光红外谱吸收技术和可调半导体激光气体检测技术分别实现对气体不同组分进行分析和检测，包括进气接头、第一四通阀、气体精确测量传感器组、湿度测量模块、气体纯度测量模块、第二四通阀和出气接头，所述第一四通阀的进口通过管路与所述进气接头相连通，所述第二四通阀的出口通过管路与所述出气接头相连通；
所述第一四通阀的第一出口通过管路与所述气体精确测量传感器组的进口相连通，所述气体精确测量传感器组的出口通过管路依次与第一单向阀和所述第二四通阀的第一进口相连通；
所述第一四通阀的第二出口通过管路与所述湿度测量模块的进口相连通，所述湿度测量模块的出口通过管路依次与第二单向阀和所述第二四通阀的第二进口相连通；
所述第一四通阀的第三出口通过管路与所述气体纯度测量模块的进口相连通，所述气体纯度测量模块的出口通过管路依次与第三单向阀和所述第二四通阀的第三进口相连通。
进一步地，所述气体精确测量传感器组包括串联在一起的四氟化碳光电传感器、二氧化硫光电传感器、一氧化碳光电传感器和硫化氢光电传感器。
进一步地，所述湿度测量模块包括湿度气室和设置在所述湿度气室内的湿度传感器。
进一步地，所述气体纯度测量模块包括串联在一起的六氟化硫纯度光电传感器和四氟化碳纯度光电传感器。
进一步地，所述出气接头通过管路连接有尾气处理回收模块，所述尾气处理回收模块包括通过管路依次相连的分子筛过滤器、活性炭过滤器和气体回收袋。
进一步地，所述第一四通阀与所述气体精确测量传感器组之间的管路上设置有第一针阀，所述气体精确测量传感器组与所述第一单向阀之间设置有第一电子流量计。
进一步地，所述第一四通阀与所述湿度测量模块之间的管路上设置有第二针阀，所述湿度测量模块与所述第二单向阀之间的管路上设置有第二电子流量计。
进一步地，所述第一四通阀与所述气体纯度测量模块之间的管路上设置有第三针阀，所述气体纯度测量模块与所述第三单向阀之间设置有第三电子流量计。
进一步地，所述基于光电传感原理的综合气体分析仪的使用方法如下：
a.将进气接头与待检测气体绝缘电气设备的阀门相连接，并打开第一四通阀和第二四通阀；
b.当需要对气体绝缘电气设备内部的分解产物硫化氢、二氧化硫、一氧化碳和四氟化碳气体进行检测时，打开第一针阀，并关闭第二针阀和第三针阀；
c.当需要对气体绝缘电气设备内部的六氟化硫气体和四氟化碳气体进行纯度检测时，打开第三针阀，并关闭第一针阀和第二针阀；
d.当需要对气体绝缘电气设备内部的微量水含量进行检测时，打开第二针阀，并关闭第一针阀和第三针阀；
e.当需要对气体绝缘电气设备内部的分解产物硫化氢气体、二氧化硫气体、一氧化碳气体和四氟化碳气体的气体浓度，以及六氟化硫气体和四氟化碳气体的纯度进行检测时，打开第一针阀和第三针阀，并关闭第二针阀；
f.当需要对气体绝缘电气设备内部的分解产物硫化氢气体、二氧化硫气体、一氧化碳气体和四氟化碳气体的气体浓度，以及微量水含量进行检测时，打开第一针阀和第二针阀，并关闭第三针阀；
g.当需要对气体绝缘电气设备内部的六氟化硫气体和四氟化碳气体的纯度，以及微量水含量进行检测时，打开第二针阀和第三针阀，并关闭第一针阀。
f.经过第二四通阀的出口排出的尾气依次通过分子筛过滤器和活性炭过滤器进行尾气过滤，最后利用气体回收袋对完成过滤的尾气进行回收。
本发明的有益效果是：
本发明针对目前气体绝缘设备中SF6分解产物的检测主要应用电化学传感器对SO2、HF、CO、H2S等气体进行检测，而电化学传感器存在零点漂移、易受交叉干扰影响、使用寿命短等特点，这就使得对SF6分解产物的测量不够准确、可靠性较差的问题，提供一种基于光电传感原理的综合气体分析仪，结合非分光红外谱吸收技术和可调半导体激光气体检测技术分别实现对气体不同组分进行分析和检测，包括进气接头、第一四通阀、气体精确测量传感器组、湿度测量模块、气体纯度测量模块、第二四通阀和出气接头，所述第一四通阀的进口通过管路与所述进气接头相连通，所述第二四通阀的出口通过管路与所述出气接头相连通；所述第一四通阀的第一出口通过管路与所述气体精确测量传感器组的进口相连通，所述气体精确测量传感器组的出口通过管路依次与第一单向阀和所述第二四通阀的第一进口相连通；所述第一四通阀的第二出口通过管路与所述湿度测量模块的进口相连通，所述湿度测量模块的出口通过管路依次与第二单向阀和所述第二四通阀的第二进口相连通；所述第一四通阀的第三出口通过管路与所述气体纯度测量模块的进口相连通，所述气体纯度测量模块的出口通过管路依次与第三单向阀和所述第二四通阀的第三进口相连通。
本发明利于激光传感器实现对H2S气体、O2以及H2O的检测，利用红外传感器实现对SF6气体、SO2气体、CF4气体和CO气体实现检测，气体通过进气接头进入仪器内部，通过第一四通阀分为3路实现气体检测，其中第一支路用于对CF4气体、CO 气体、SO2气体、以及H2S气体、O2气体实现检测，并通过第一针阀和第一电子流量计实现气体流量控制，第一单向控制阀用于气体的单向流通；第二支路利用湿度传感器实现湿度的检测，并通过第二针阀和第二电子流量计实现气体流量控制，第二单向控制阀用于气体的单向流通；第三支路用于对SF6气体、CF4气体纯度进行检测，并通过第三针阀和第三电子流量计实现气体流量控制，第三单向控制阀用于气体的单向流通；最终三路气体通过第二四通阀连接由出气接头排出，并通过后续的尾气处理回收模块进行处理。
与现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：
第一，能够实现定量、精确检测，不存在交叉干扰现象；
第二，取气量少，反应时间快；
第三，使用寿命长；
第四，能够实现对腐蚀性气体的准确测量，长期稳定性好，不受环境影响；
第五，成本优势控制明显，结合两种技术的特点和制造成本，针对不同气体采用不同的检测原理，利于产品的产业化推广；
第六，该分析仪的监测仪模块不需要使用减压仪便可实现气体的在线监测，简化了设备和操作流程，从而极大的节省了设备成本；
第七，该分析仪能够进一步采用控制分析系统平台实现监测设备的远程自动校准，极大的节省了人力资源和成本；
第八，可拓展应用到在线监测，从而实现远程在线监测。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明第一种实施方式的结构框图；
图2为本发明中气体精确测量传感器组结构框图；
图3为本发明中湿度测量模块结构框图；
图4为本发明中气体纯度测量模块结构框图；
图5为本发明第二种实施方式的结构框图；
图6为本发明第三种实施方式的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。应该理解，为了使得技术方案更加明确，这里使用的“前、后、左、右、上、下”等表示方位的用语均为相对于图1的方位名词，不因视图的转换变换方位表述方式。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1、图2、图3和图4所示，一种基于光电传感原理的综合气体分析仪，结合非分光红外谱吸收技术和可调半导体激光气体检测技术分别实现对气体不同组分进行分析和检测，包括进气接头1、第一四通阀2、气体精确测量传感器组3、湿度测量模块4、气体纯度测量模块5、第二四通阀6和出气接头7，所述第一四通阀2的进口通过管路与所述进气接头1相连通，所述第二四通阀6的出口通过管路与所述出气接头7相连通。
所述第一四通阀2的第一出口通过管路与所述气体精确测量传感器组3的进口相连通，所述气体精确测量传感器组3的出口通过管路依次与第一单向阀8和所述第二四通阀6的第一进口相连通。
所述第一四通阀2的第二出口通过管路与所述湿度测量模块4的进口相连通，所述湿度测量模块4的出口通过管路依次与第二单向阀9和所述第二四通阀6的第二进口相连通。
所述第一四通阀2的第三出口通过管路与所述气体纯度测量模块5的进口相连通，所述气体纯度测量模块5的出口通过管路依次与第三单向阀10和所述第二四通阀6的第三进口相连通。
所述气体精确测量传感器组3包括串联在一起的四氟化碳光电传感器31、二氧化硫光电传感器32、一氧化碳光电传感器33和硫化氢光电传感器34。
所述湿度测量模块4包括湿度气室41和设置在所述湿度气室41内的湿度传感器42。
所述气体纯度测量模块5包括串联在一起的六氟化硫纯度光电传感器51和四氟化碳纯度光电传感器52。
该实施例中，提供一种基于光电传感原理的综合气体分析仪，结合非分光红外谱吸收技术和可调半导体激光气体检测技术分别实现对气体不同组分进行分析和检测，包括进气接头、第一四通阀、气体精确测量传感器组、湿度测量模块、气体纯度测量模块、第二四通阀和出气接头，所述第一四通阀的进口通过管路与所述进气接头相连通，所述第二四通阀的出口通过管路与所述出气接头相连通；所述第一四通阀的第一出口通过管路与所述气体精确测量传感器组的进口相连通，所述气体精确测量传感器组的出口通过管路依次与第一单向阀和所述第二四通阀的第一进口相连通；所述第一四通阀的第二出口通过管路与所述湿度测量模块的进口相连通，所述湿度测量模块的出口通过管路依次与第二单向阀和所述第二四通阀的第二进口相连通；所述第一四通阀的第三出口通过管路与所述气体纯度测量模块的进口相连通，所述气体纯度测量模块的出口通过管路依次与第三单向阀和所述第二四通阀的第三进口相连通。
本发明利于激光传感器实现对H2S气体、O2以及H2O的检测，利用红外传感器实现对SF6气体、SO2气体、CF4气体和CO气体实现检测，气体通过进气接头进入仪器内部，通过第一四通阀分为3路实现气体检测，其中第一支路用于对CF4气体、CO 气体、SO2气体、以及H2S气体、O2气体实现检测，并通过第一针阀和第一电子流量计实现气体流量控制，第一单向控制阀用于气体的单向流通；第二支路利用湿度传感器实现湿度的检测，并通过第二针阀和第二电子流量计实现气体流量控制，第二单向控制阀用于气体的单向流通；第三支路用于对SF6气体、CF4气体纯度进行检测，并通过第三针阀和第三电子流量计实现气体流量控制，第三单向控制阀用于气体的单向流通；最终三路气体通过第二四通阀连接由出气接头排出，并通过后续的尾气处理回收模块进行处理。
实施例2
如图5、图2、图3和图4所示，一种基于光电传感原理的综合气体分析仪，结合非分光红外谱吸收技术和可调半导体激光气体检测技术分别实现对气体不同组分进行分析和检测，包括进气接头1、第一四通阀2、气体精确测量传感器组3、湿度测量模块4、气体纯度测量模块5、第二四通阀6和出气接头7，所述第一四通阀2的进口通过管路与所述进气接头1相连通，所述第二四通阀6的出口通过管路与所述出气接头7相连通。
所述第一四通阀2的第一出口通过管路与所述气体精确测量传感器组3的进口相连通，所述气体精确测量传感器组3的出口通过管路依次与第一单向阀8和所述第二四通阀6的第一进口相连通。
所述第一四通阀2的第二出口通过管路与所述湿度测量模块4的进口相连通，所述湿度测量模块4的出口通过管路依次与第二单向阀9和所述第二四通阀6的第二进口相连通。
所述第一四通阀2的第三出口通过管路与所述气体纯度测量模块5的进口相连通，所述气体纯度测量模块5的出口通过管路依次与第三单向阀10和所述第二四通阀6的第三进口相连通。
所述气体精确测量传感器组3包括串联在一起的四氟化碳光电传感器31、二氧化硫光电传感器32、一氧化碳光电传感器33和硫化氢光电传感器34。
所述湿度测量模块4包括湿度气室41和设置在所述湿度气室41内的湿度传感器42。
所述气体纯度测量模块5包括串联在一起的六氟化硫纯度光电传感器51和四氟化碳纯度光电传感器52。
所述出气接头7通过管路连接有尾气处理回收模块11，所述尾气处理回收模块11包括通过管路依次相连的分子筛过滤器111、活性炭过滤器112和气体回收袋113。
该实施例中，出气接头通过管路连接有尾气处理回收模块，且尾气处理回收模块包括通过管路依次相连的分子筛过滤器、活性炭过滤器和气体回收袋，其中尾气处理回收模块由分子筛、酸性气体净化活性碳组成用于净化处理相应的气体，尾气回收袋为通用的气体回收袋用来将排放的气体进行回收，回收之后经过检测符合国家六氟化硫使用标准可用于气体绝缘电气设备的再次利用。
实施例3
如图6所示，其与实施例2的区别在于：所述第一四通阀2与所述气体精确测量传感器组3之间的管路上设置有第一针阀12，所述气体精确测量传感器组3与所述第一单向阀8之间设置有第一电子流量计13。
所述第一四通阀2与所述湿度测量模块4之间的管路上设置有第二针阀14，所述湿度测量模块4与所述第二单向阀9之间的管路上设置有第二电子流量计15。
所述第一四通阀2与所述气体纯度测量模块5之间的管路上设置有第三针阀16，所述气体纯度测量模块5与所述第三单向阀10之间设置有第三电子流量计17。
该实施例中，为了便于控制各个支路中气体流量，在第一四通阀与气体精确测量传感器组之间的管路上设置有第一针阀，并在气体精确测量传感器组与第一单向阀之间设置第一电子流量计；在第一四通阀与湿度测量模块之间的管路上设置有第二针阀，并在湿度测量模块与第二单向阀之间的管路上设置有第二电子流量计；在第一四通阀与气体纯度测量模块之间的管路上设置有第三针阀，并在气体纯度测量模块与第三单向阀之间设置有第三电子流量计。
实施例4
所述基于光电传感原理的综合气体分析仪的使用方法如下：
a.将进气接头与待检测气体绝缘电气设备的阀门相连接，并打开第一四通阀和第二四通阀；
b.当需要对气体绝缘电气设备内部的分解产物硫化氢气体、二氧化硫气体、一氧化碳气体和四氟化碳气体进行检测时，打开第一针阀，并关闭第二针阀和第三针阀；
c.当需要对气体绝缘电气设备内部的六氟化硫气体和四氟化碳气体进行纯度检测时，打开第三针阀，并关闭第一针阀和第二针阀；
d.当需要对气体绝缘电气设备内部的微量水含量进行检测时，打开第二针阀，并关闭第一针阀和第三针阀；
e.当需要对气体绝缘电气设备内部的分解产物硫化氢气体、二氧化硫气体、一氧化碳气体和四氟化碳气体的气体浓度，以及六氟化硫气体和四氟化碳气体的纯度进行检测时，打开第一针阀和第三针阀，并关闭第二针阀；
f.当需要对气体绝缘电气设备内部的分解产物硫化氢气体、二氧化硫气体、一氧化碳气体和四氟化碳气体的气体浓度，以及微量水含量进行检测时，打开第一针阀和第二针阀，并关闭第三针阀；
g.当需要对气体绝缘电气设备内部的六氟化硫气体和四氟化碳气体的纯度，以及微量水含量进行检测时，打开第二针阀和第三针阀，并关闭第一针阀。
f.经过第二四通阀的出口排出的尾气依次通过分子筛过滤器和活性炭过滤器进行尾气过滤，最后利用气体回收袋对完成过滤的尾气进行回收。
本发明利于激光传感器实现对H2S气体、O2以及H2O的检测，利用红外传感器实现对SF6、SO2、CF4和CO气体实现检测，气体通过进气接头进入仪器内部，通过第一四通阀分为3路实现气体检测，其中第一支路用于对CF4、CO 、SO2、以及H2S、O2气体实现检测，并通过第一针阀和第一电子流量计实现气体流量控制，第一单向控制阀用于气体的单向流通；第二支路利用湿度传感器实现湿度的检测，并通过第二针阀和第二电子流量计实现气体流量控制，第二单向控制阀用于气体的单向流通；第三支路用于对SF6、CF4气体纯度进行检测，并通过第三针阀和第三电子流量计实现气体流量控制，第三单向控制阀用于气体的单向流通；最终三路气体通过第二四通阀连接由出气接头排出，并通过后续的尾气处理回收模块进行处理。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。