一种变压器油中溶解气体谐波检测装置的制作方法

本申请涉及变压器油检测技术领域，尤其涉及一种变压器油中溶解气体谐波检测装置。

背景技术：

气相色谱法可进行低至百万分之一(ppm)含量的检测，但需要提取变压器的油样进行实验室分析，不利于实时在线监测。多种光学技术来检测变压器油中溶解气体，激光拉曼光谱法、光声光谱法和直接吸收光谱技术。拉曼光谱尽管可以实现多种气体的同时检测，但其气体的拉曼散射截面较低限制了其检测下限。

对于吸收光谱技术，一方面，带有无源传感器头的实用的实时多气体光学传感器系统，由于无法广泛使用在中红外下工作的光纤，激光器和组件，尚不存在商业的解决方案，因此无法采用这些方法。另一方面，波长在1300至1660nm之间的近红外光学器件，光纤，激光源和组件被广泛用于光通信技术中，具有高生产量，因此能够开发出成本更低的解决方案。在此波长范围内，dga感兴趣的许多目标气体(即co，co2，ch4，c2h2和h2o)表现出定义明确、特定且不同的吸收线，并且对于那些目标气体，可以使用以相应中心线波长发射的激光源。但是，这些吸收线通常很弱，常规方法的检测灵敏度较低，无法使浓度的检测下限保持在较低水平。

技术实现要素：

本申请提供了一种变压器油中溶解气体谐波检测装置，以解决现有的变压器油检测方法存在检测灵敏度较低、无法使浓度的检测下限保持在较低水平的问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种变压器油中溶解气体谐波检测装置，包括激光发生模块、光谱测定室和光电检测模块；

所述激光发生模块用于发射输入激光至所述光谱测定室，所述输入激光与所述光谱测定室内变压器油中溶解气体作用后成为输出激光，所述光电检测模块用于检测输出激光的光信号并将所述光信号转换为电信号。

可选的，所述激光发生模块包括窄线宽的分布式反馈激光器和激光控制单元；

所述窄线宽的分布式反馈激光器用于发射窄线宽的激光，所述激光控制单元用于控制所述窄线宽的分布式反馈激光器的激光电流和温度，使所述窄线宽的分布式反馈激光器发射的激光满足预设的波长和线宽。

可选的，所述光谱测定室包括气室和液室，所述气室和液室被过滤元件分隔开，所述气室位于液室上方，所述气室上设置有气室进口和气室出口，所述液室设置有液室进口和液室出口。

可选的，所述光谱测定室还包括输入光纤、输入透镜、输入法兰、输出法兰、输出透镜和输出光纤；

所述输入光纤与所述输入透镜相连，所述输入透镜由所述输入法兰固定在所述气室一端侧壁上，所述输出光纤与所述输出透镜相连，所述输出透镜由所述输出法兰固定在所述气室的另一端侧壁上，所述输入光纤、输入透镜、输入法兰、输出法兰、输出透镜和输出光纤处于同一光路中。

可选的，所述光电检测模块包括光电探测器和锁相放大器；所述光电探测器用于检测输出激光的光信号并将所述光信号转换为电信号，所述锁相放大器用于放大所述电信号。

可选的，所述光电检测模块还包括示波器和计算机，所述示波器用于接收所述锁相放大器放大后的电信号，处理为谐波信号，所述计算机接收所述谐波信号，将所述谐波信号转换处理为数字信号并进行显示和存储。

可选的，所述激光发生模块发射的输入激光通过所述输入光纤耦合输出至所述气室，经与气体相互作用后产生的输出光纤通过所述输出光纤耦合输出至所述光电检测模块。

可选的，所述光谱测定室还包括密封圈，所述密封圈用于使所述输入法兰、所述输出法兰与所述气室之间密封，所述输入透镜和所述输出透镜分别通过螺钉固定在所述输入法兰和所述输出法兰上，所述输出光纤通过fc连接器耦合到所述光电检测模块。

可选的，所述激光发生模块发射的输入激光的中心波长为1568nm，输出半峰全宽约为2.5×10^-4nm，所述光谱测定室的长度为25.4厘米。

可选的，所述输入透镜和所述输出透镜为梯度折射率透镜。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本申请的变压器油中溶解气体谐波检测装置，包括激光发生模块、光谱测定室和光电检测模块；激光发生模块用于发射输入激光至光谱测定室，输入激光与光谱测定室内变压器油中溶解气体作用后成为输出激光，光电检测模块用于检测输出激光的光信号并将光信号转换为电信号。本申请的光谱测定室结构，可进行更加全面的分析，评估电子噪声以及剩余的光学干扰噪声和模式跳跃引起的检测灵敏度的局限性，该噪声是由系统光学组件中的多次反射引起的。通过优化，使用谐波检测技术，本申请结构更简单，更紧凑，成本更低，检测灵敏度高且无需后期信号的fft分析处理。本申请采用窄线宽激光器，通过光纤引导光路，降低了传输损耗并采用谐波检测系统有效的降低了气体探测下限，并可应用于实时的在线监测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例的结构示意图；

图2为本申请结构示意图；

附图标记说明：1-激光发生模块、2-光谱测定室、21-气室、211-气室进口、212-气室出口、22-液室、221-液室进口、222-液室出口、23-过滤元件、24-输入光纤、25-输出光纤、26-输入透镜、27-输出透镜、3-光电检测模块、31-光电探测器、32-锁相放大器、33-示波器、34-计算机。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为本申请一个实施例的结构示意图。

本申请提供的一种变压器油中溶解气体谐波检测装置，包括激光发生模块1、光谱测定室2和光电检测模块3；

所述激光发生模块1用于发射输入激光至所述光谱测定室2，所述输入激光与所述光谱测定室2内变压器油中溶解气体作用后成为输出激光，所述光电检测模块3用于检测输出激光的光信号并将所述光信号转换为电信号。

可选的，所述激光发生模块1包括窄线宽的分布式反馈激光器和激光控制单元；

所述窄线宽的分布式反馈激光器用于发射窄线宽的激光，所述激光控制单元用于控制所述窄线宽的分布式反馈激光器的激光电流和温度，使所述窄线宽的分布式反馈激光器发射的激光满足预设的波长和线宽。

可选的，所述光谱测定室2包括气室21和液室22，所述气室21和液室22被过滤元件23分隔开，所述气室21位于液室22上方，所述气室21上设置有气室进口211和气室出口212，所述液室22设置有液室进口221和液室出口222。

可选的，所述光谱测定室2还包括输入光纤24、输入透镜26、输入法兰、输出法兰、输出透镜27和输出光纤25；

所述输入光纤24与所述输入透镜26相连，所述输入透镜26由所述输入法兰固定在所述气室21一端侧壁上，所述输出光纤25与所述输出透镜27相连，所述输出透镜27由所述输出法兰固定在所述气室21的另一端侧壁上，所述输入光纤24、输入透镜26、输入法兰、输出法兰、输出透镜27和输出光纤25处于同一光路中。

可选的，所述光电检测模块3包括光电探测器31和锁相放大器32；所述光电探测器31用于检测输出激光的光信号并将所述光信号转换为电信号，所述锁相放大器32用于放大所述电信号。

可选的，所述光电检测模块3还包括示波器33和计算机34，所述示波器33用于接收所述锁相放大器32放大后的电信号，处理为谐波信号，所述计算机34接收所述谐波信号，将所述谐波信号转换处理为数字信号并进行显示和存储。

可选的，所述激光发生模块1发射的输入激光通过所述输入光纤24耦合输出至所述气室21，经与气体相互作用后产生的输出光纤25通过所述输出光纤25耦合输出至所述光电检测模块3。

可选的，所述光谱测定室2还包括密封圈，所述密封圈用于使所述输入法兰、所述输出法兰与所述气室21之间密封，所述输入透镜26和所述输出透镜27分别通过螺钉固定在所述输入法兰和所述输出法兰上，所述输出光纤25通过fc连接器耦合到所述光电检测模块3。

可选的，所述激光发生模块1发射的输入激光的中心波长为1568nm，输出半峰全宽约为2.5×10^-4nm，所述光谱测定室2的长度为25.4厘米。

可选的，所述输入透镜26和所述输出透镜27为梯度折射率透镜。

实验环节：

1.实验条件：试验采用的激光源是一个中心波长为1568nm的分布式反馈(dfb)激光器，其输出半峰全宽(fwhm)约为2.5×10^-4nm，约为目标气体的吸收线宽的百分之一；采用ltc502模块(thorlabs)对dfb激光电流和温度进行控制；采用signalrecovery公司的dualchanneldsp类型锁定放大器，具体型号为7265；采用型号为tds3052泰克示波器33；采用的光电探测器31是thorlabs的det110型号，该光电探测器31在1568nm处的响应度为0.95w/a，有效面积为0.8mm²。

试验采用的光谱测定室2具有带圆形法兰的矩形截面，具有直接与输入光纤24耦合的圆形法兰连接的输入和输出光纤25耦合grin透镜。grin透镜通过固定螺钉固定在输入和输出法兰上，并通过每对法兰之间的o型圈提供密封。输入透镜26和输出透镜27的对准是通过调整单元两侧的固定螺钉来实现的。输出光纤25通过fc连接器耦合到光电探测器31。该气室21具有入气口和出气口，以允许控制气室21内特定气体的量。同时，本实验设计了变压器油两相分离方案，其过滤元件23将液相(油相)和气相相分离。气室21沿光路的长度为25.4厘米。

2.实验的过程和结果

试验的测试对象为一氧化碳，对一氧化碳浓度进行测定，图2示出了二阶谐波峰值随一氧化碳浓度的变化趋势。从图中可以得出，二阶谐波峰值基本随浓度的增大而线性增大。根据测量的二阶谐波波形，该实验的检测极限约为90ppm，低至高压变压器绝缘油的dga要求的探测极限的1/4。

本申请的变压器油中溶解气体谐波检测装置，包括激光发生模块1、光谱测定室2和光电检测模块3；激光发生模块1用于发射输入激光至光谱测定室2，输入激光与光谱测定室2内变压器油中溶解气体作用后成为输出激光，光电检测模块3用于检测输出激光的光信号并将光信号转换为电信号。本申请的光谱测定室2结构，可进行更加全面的分析，评估电子噪声以及剩余的光学干扰噪声和模式跳跃引起的检测灵敏度的局限性，该噪声是由系统光学组件中的多次反射引起的。通过优化，使用谐波检测技术，本申请结构更简单，更紧凑，成本更低，检测灵敏度高且无需后期信号的fft分析处理。本申请采用窄线宽激光器，通过光纤引导光路，降低了传输损耗并采用谐波检测系统有效的降低了气体探测下限，并可应用于实时的在线监测。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。