一种具备双对焦功能的SF6气体中SO2浓度的紫外光谱检测装置及方法与流程

本发明涉及sf6气体中so2浓度检测领域，尤其涉及一种具备双对焦功能的sf6气体中so2浓度的紫外光谱检测装置及方法。

背景技术：

1、六氟化硫(sf6)因其优异的绝缘和灭弧特性，被广泛应用于各高中压电气设备中。so2是电气设备在发生局部放电、过热等潜伏性故障情况下的特征气体分解产物，会附着在电气设备内表面进一步腐蚀绝缘材料，加重故障程度，形成恶性循环。sf6气体中so2的浓度极低，一般不超过100ppm(ppm：体积比为百万分之一)，对现场检测所用的便携式so2紫外光谱检测器检测精度和灵敏度要求极高。而便携式仪器在现场使用时，由于运维检修人员使用不规范，可能会发生晃动、摔落等物理撞击，导致紫外光谱检测器内部透镜和光电倍增管之间的相对距离发生变化(出厂调试时已调成最优距离)；同时也可能导致出射光源中zn灯透镜等位置发生偏离，导致紫外光无法均匀分布在荧光检测室中，继而降低检测精度和灵敏度，从而可能初出现或漏检的情况。

2、因此，如何保证便携式so2紫外光谱检测器始终处于检测精度和灵敏度最有状态一直是相关领域研究的重点和难点。

技术实现思路

1、本发明提供一种具备双对焦功能的sf6气体中so2浓度的紫外光谱检测装置及方法，能够解决便携式紫外荧光检测仪器受到物理晃动或撞击时出射凸透镜和pmt之间距离变化和入射光源偏移从而导致检测精度和灵敏度降低问题。

2、本发明的实施例提供了一种具备双对焦功能的sf6气体中so2浓度的紫外光谱检测装置，包括荧光检测池模块、入射光源模块、出射光源模块、动力模块、控制模块。荧光检测池模块包括密闭荧光检测室。荧光检测池模块用于使得待测气体进入密闭荧光检测室，紫外光射入密闭荧光检测室后，待测气体中的so2吸收紫外光并发出荧光，荧光射出密闭荧光检测室。入射光源模块包括激发光源。入射光源模块用于使得激发光源提供紫外光，以及在驱动力作用下调整激发光源的方向，使得紫外光的射入方向垂直于荧光的射出方向。出射光源模块包括出射凸透镜、光电倍增管。出射光源模块用于使得出射凸透镜聚集荧光，光电倍增管接收经过出射凸透镜的荧光并输出电信号，以及在驱动力作用下调整出射凸透镜与光电倍增管之间的距离，使得光电倍增管设置在出射凸透镜的焦点处。动力模块用于提供驱动力。控制模块用于控制动力模块，以及根据电信号获取so2浓度。

3、在其中一些实施例中，密闭荧光检测室为筒状结构。密闭荧光检测室的第一侧具有进气口和出气口，第二侧具有荧光出口。荧光检测室的第一端具有消光漆涂层，第二端具有紫外光进口。

4、在其中一些实施例中，出射光源模块还包括出射光源外壳、出射石英透镜、出射凸透镜支架、出射光滤光片。出射光源外壳为筒状结构。出射光源外壳的中心线垂直于密闭荧光检测室的中心线。出射光源外壳的第一端与密闭荧光检测室的第二侧连接。其中，出射凸透镜和光电倍增管均设置在出射光源外壳内，出射凸透镜和光电倍增管的中心线均与出射光源外壳的中心线重合。出射凸透镜沿荧光射出方向设置在光电倍增管的上游。出射石英透镜设置在出射光源外壳的端部，出射石英透镜的中心线与出射光源外壳的中心线重合。出射石英透镜沿荧光射出方向设置在出射凸透镜的上游。出射石英透镜与荧光出口相对设置。出射凸透镜支架将出射凸透镜与出射光源外壳连接。出射光滤光片贴合在光电倍增管的光接收面。

5、在其中一些实施例中，出射光源模块还包括活塞、出射光滤光片支架、密封圈、弹簧支架、第一轻质弹簧。活塞设置在出射光源外壳内，并可沿出射光源外壳的中心线运动。活塞具有安装孔，安装孔供光电倍增管设置。其中，位于活塞的第一侧的出射光源外壳具有第一气体注入口，位于活塞的第二侧的出射光源外壳具有第一平衡压力气孔。出射光滤光片支架将出射光滤光片与活塞连接。密封圈环绕在活塞的侧壁面，密封塞密封活塞与出射光源外壳之间的空隙。弹簧支架包括两个。各弹簧支架均连接在出射光源外壳的壁面，并环绕出射光源外壳的中心线设置。第一轻质弹簧包括与弹簧支架一一对应的两个。各第一轻质弹簧的中心线均平行于出射光源外壳的中心线。各第一轻质弹簧分别将各弹簧支架与活塞连接。

6、在其中一些实施例中，入射光源模块还包括入射光源外壳、入射光滤光片、入射凸透镜、入射凸透镜支架、入射石英透镜。入射光源外壳为筒状结构，入射光源外壳的中心线平行于密闭荧光检测室的中心线。入射光源外壳的第一端与密闭荧光检测室的第二端连接。其中，激发光源设置在入射光源外壳内，激发光源的中心线与入射光源外壳的中心线重合。入射光滤光片贴合在激发光源的正面。入射凸透镜设置在入射光源外壳内，入射凸透镜的中心线与入射光源外壳的中心线重合。入射凸透镜沿紫外光射出方向设置在入射光滤光片的下游。入射凸透镜支架将入射凸透镜与入射光源外壳连接。入射石英透镜设置在入射光源外壳的第一端，入射石英透镜的中心线与入射光源外壳的中心线重合。入射石英透镜沿紫外光射出方向设置在入射凸透镜的下游。入射石英透镜与紫外光进口相对设置。

7、在其中一些实施例中，入射光源模块还包括活塞筒、活塞环、第二轻质弹簧、非磁导材料弹簧。活塞筒包括三个。各活塞筒均设置在入射光源外壳内，并环绕入射光源外壳的中心线设置，各活塞筒的中心线平行于述入射光源外壳的中心线。活塞筒的第一端处具有第一气体注入口，第二端处具有第二平衡压力气孔，第二平衡压力气孔连通入射光源外壳内外。活塞环包括与各活塞筒一一对应的三个。各活塞环分别设置在各活塞筒，并可在各活塞筒内气体的推动下平行于入射光源外壳的中心线运动。第二轻质弹簧包括与各活塞环一一对应的三个。各第二轻质弹簧分别将各活塞环与激发光源连接。非磁导材料弹簧的中心线与入射光源外壳的中心线重合。非磁导材料弹簧将激发光源与入射光源外壳连接。

8、在其中一些实施例中，动力模块包括气缸、第一气路和/或第二气路、第一比例阀和/或第二比例阀、微型压缩机、电磁阀。第一气路将出射光源外壳的第一气体注入口与气缸的第一气体出口连通。第二气路包括与各活塞筒一一对应的三个。各第二气路分别将各活塞筒的第二气体注入口与气缸的第二气体出口连通。第一比例阀设置在第一气路。第二比例阀包括与各第二气路一一对应的三个。各第二比例阀分别设置在各第二气路。微型压缩机与气缸连通。电磁阀设置在气缸的排气管路。

9、在其中一些实施例中，控制模块包括单片机、控制电路。单片机与光电倍增管连接。控制电路与单片机连接，并与第一比例阀、各第二比例阀、微型压缩机、电磁阀连接。

10、本发明的实施例还提供了一种采用上述的具备双对焦功能的sf6气体中so2浓度的紫外光谱检测装置的紫外光谱检测方法，包括以下步骤：在根据电信号获取so2浓度前，进行自动对焦，自动对焦包括：单片机控制第一比例阀进气，在气体压力作用下，出射光滤光片、光电倍增管所在活塞不断向靠近出射凸透镜方向移动；移动过程中，单片机不断获取并记录由光电倍增管输出的电信号幅值s21i,，且每0.1秒比较一次电信号幅值s21i，若s21i＜s21i+1，则说明电信号幅值开始下降，关闭第一比例阀，完成光电倍增管与出射凸透镜的距离调整。

11、在其中一些实施例中，自动对焦还包括：通过单片机控制打开一个第二比例阀，气缸中高压气体进入对应的活塞筒中，推动对应的活塞环向接近入射凸透镜方向运动，在对应的第二轻质弹簧牵引作用下，激发光源向牵引方向倾斜；上述过程中，单片机不断获取并记录由光电倍增管输出的电信号幅值s11i,，且每0.1秒比较一次电信号幅值s11i，若s11i＜s11i+1，则电信号幅值s11i开始下降，关闭第二比例阀，完成激发光源在一个第二轻质弹簧牵引作用下的位置调整，然后重复上述步骤，完成激发光源在其他第二轻质弹簧牵引作用下的位置调整。

12、根据本发明的实施例提供的一种具备双对焦功能的sf6气体中so2浓度的紫外光谱检测装置，包括荧光检测池模块、入射光源模块、出射光源模块、动力模块、控制模块。荧光检测池模块包括密闭荧光检测室。荧光检测池模块用于使得待测气体进入密闭荧光检测室，紫外光射入密闭荧光检测室后，待测气体中的so2吸收紫外光并发出荧光，荧光射出密闭荧光检测室。入射光源模块包括激发光源。入射光源模块用于使得激发光源提供紫外光，以及在驱动力作用下调整激发光源的方向，使得紫外光的射入方向垂直于荧光的射出方向。出射光源模块包括出射凸透镜、光电倍增管。出射光源模块用于使得出射凸透镜聚集荧光，光电倍增管接收经过出射凸透镜的荧光并输出电信号，以及在驱动力作用下调整出射凸透镜与光电倍增管之间的距离，使得光电倍增管设置在出射凸透镜的焦点处。动力模块用于提供驱动力。控制模块用于控制动力模块，以及根据电信号获取so2浓度。本发明设计的紫外光谱检测装置能够避免物理晃动引起的入射光源位置偏移问题，且能够自动调节出射凸透镜与pmt之间的距离，避免部分光线无法进入检测室导致部分so2无法达到激发态，并确保pmt的光接收模块始终准确地位于出射凸透镜的焦点位置，保持最佳的检测精度和灵敏度，实现对焦功能，使测试值更接近真实结果。