一种多功能SF6分解气体光声光谱检测装置及检测方法与流程

本发明涉及气体检测，具体来说是一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置及检测方法。

背景技术：

1、气体检测技术广泛应用于各个行业，诸如电力设备中气体检测、化工企业的排放废气检测以及空气中的痕量污染气体检测、人体呼出气体检测等。

2、在电力应用中，通过检测六氟化硫(sf6)/六氟化硫混合气体绝缘电气设备内部的故障分解气体可以实现对设备的运行状态及早期故障预警，是一种十分有效的故障监测方法。对于六氟化硫分解气体，行业内将化学分析领域的气相色谱法进行专用化设计，研制出基于气相色谱法的专用检测仪器，但该仪器价格昂贵，同时需要消耗载气，难以大规模推广应用。此外还有采用电化学传感器检测六氟化硫分解气体，但化学传感器目前可检测的气体种类有限，且选择性较差，同时在使用中会产生基线漂移，需要频繁校准，导致检测结果不可靠。

3、此外，由于sf6气体具有很高的温室效应，采用sf6与n2或co2气体的混合气体作为新型绝缘介质替代sf6气体在电力设备中正获得越来越广泛的应用。而随着混合气体在电力设备中的应用，也产生了新的运维问题。电力设备在长期运行中气体会发生泄漏，但由于混合气体中各组分的渗漏特性不同，导致混合比例发生变化，在补充气体时需要检测混合气体比例，以确定补气量及补充气体混合比例。目前需要单独的仪器来检测此混合比例。

4、在实际运维中，通常既需要测量分解气体组分，又测量混合气体比例，目前的做法是同时带2套仪器分别进行检测，一方面成本较高，另一方面增加了现场运维工作量。

5、综上现有技术的缺点：

6、检测sf6分解气体的设备只能检测低浓度(浓度通常在1～1000ppm范围)的分解气体组分，不能检测sf6混合气体汇总sf6的含量(浓度通常在20％～40％)；当气体浓度太高时，该类检测仪器的检测器会发生饱和，产生检测信号与气体浓度变得非线性；

7、而检测sf6混合气体中sf6含量的设备只能检测sf6的含量，不能用于检测sf6分解气体的浓度；该类设备的检测灵敏度无法检测低浓度气体。

8、如公开号为cn102519904a公开的六氟化硫分解组分的自动恒温型光声检测装置及实验方法，该方法在预设温度下自动恒温,对gis模拟元件中的sf6气体局部放电分解组分进行检测。能有效检测出低至0.01ul/l的so2、co2,.cf4、so2f2、sof2等气体组分,准确性、检测精度和稳定性高，固态继电器性能稳定,能保证自动恒温系统长期有效的工作。该方法虽然能够检测各种气体组分，但是无法检测气体的混合气体比例。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于如何设计一套设备，既可检测低浓度的sf6分解气体组分，又可实现sf6混合气体比例的检测。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

3、一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置，包括光源模块、光声池；所述光源模块的光束入射至所述光声池；还包括旋转单元；所述光源模块固定在旋转单元上；所述旋转单元带动所述光源模块以设定半径转动，从而使光束垂直入射光声池或倾斜入射光声池。本发明提出一种量程可切换的光声光谱检测装置，通过调节光源模块，以及光阑，实现单一设备同时对低浓度气体和高浓度气体的检测。

4、进一步的，按照光路，所述光源模块依次包括光源、斩光器、滤光片盘、可调光阑；光阑调节单元用于调节所述可调光阑。

5、进一步的，所述旋转单元包括第一驱动件、立杆；所述滤光片盘上均布多个滤光片；所述立杆一端与所述第一驱动件的输出端固定，另一端穿过多个所述滤光片围成区域的中心；所述滤光片盘可转动的装配在所述立杆上；所述光源、斩光器、可调光阑均通过横杆固定在立杆上。

6、进一步的，所述光阑调节单元包括第二驱动件、光阑调节器；所述第二驱动件通过横杆与所述立杆固定，所述光阑调节器固定在第二驱动件的输出端，并与可调光阑配合。

7、进一步的，所述第一驱动件固定在光声池检测装置底板。

8、进一步的，还包括微音器、锁相放大器、主控电路；所述微音器接收所述光声池的光声信号，所述微音器的电信号经过锁相放大器放大后传输给主控电路。

9、进一步的，所述滤光片盘为圆形，多个滤光片呈环形均匀布设。

10、本发明还提供一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置的使用方法，应用于上述的检测装置；其特征在于，包括以下情况：

11、情况1：sf6混合气体混合比例检测

12、启动第一驱动件，将光源模块调节至第一姿态，使光束为垂直状态；转动滤光片盘，使光束穿过其中一个滤光片；启动第二驱动件调节可调光阑至设定孔径，此时光束竖向垂直入射光声池，继而进行信号采集和分析；

13、情况2：低浓度sf6分解气体检测

14、启动第一驱动件，将光源模块调节至第二姿态，使光束为倾斜状态，转动滤光片盘，使光束穿过其中一个滤光片；启动第二驱动件调节可调光阑至设定孔径，此时光束斜向入射光声池，继而进行信号采集和分析。

15、进一步的，所述情况2中，光源模块的倾斜角度确定依据为光束在光声池内多次反射后的总光程满足低浓度sf6分解气体检测需求。

16、进一步的，所述情况1中可调光阑孔径满足降低输入光声池的光功率，情况2中可调光阑孔径满足增大输入光声池的光功率。

17、本发明的优点在于：

18、本发明提出一种量程可切换的光声光谱检测装置，通过调节光源模块，以及光阑，实现单一设备同时对低浓度气体和高浓度气体的检测。

19、当检测低浓度sf6分解气体时，主控电路控制旋转调节支架驱动整个光源模块整体旋转至轴二位置，同时光阑调节器将可调光阑调节至最大，输入光声池的光功率达到最大，同时由于光束侧射进入光声池，光程加长，增强了光声效应，可实现对低浓度气体的高灵敏检测；

20、当检测sf6混合气体中sf6含量时，主控电路控制旋转调节支架驱动整个光源模块整体旋转至轴一位置，光阑调节器将光阑调节至预定大小，输入光声池的光功率降低，同时由于光声垂直进入光声池，光程变短，避免应吸收饱和而产生的非线性效应，可以实现对混合气体中高浓度气体的检测。

技术特征：

1.一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置，包括光源模块、光声池(8)；所述光源模块的光束入射至所述光声池(8)；其特征在于，还包括旋转单元；所述光源模块固定在旋转单元上；所述旋转单元带动所述光源模块以设定半径转动，从而使光束垂直入射光声池或倾斜入射光声池。

2.根据权利要求1所述的一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置，其特征在于，按照光路，所述光源模块依次包括光源(1)、斩光器(2)、滤光片盘(3)、可调光阑(4)；光阑调节单元用于调节所述可调光阑(4)。

3.根据权利要求2所述的一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置，其特征在于，所述旋转单元包括第一驱动件、立杆(7)；所述滤光片盘(3)上均布多个滤光片(31)；所述立杆(7)一端与所述第一驱动件的输出端固定，另一端穿过多个所述滤光片(31)围成区域的中心；所述滤光片盘(3)可转动的装配在所述立杆(7)上；所述光源(1)、斩光器(2)、可调光阑(4)均通过横杆固定在立杆(7)上。

4.根据权利要求3所述的一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置，其特征在于，所述光阑调节单元包括第二驱动件(5)、光阑调节器(6)；所述第二驱动件(5)通过横杆与所述立杆(7)固定，所述光阑调节器(6)固定在第二驱动件(5)的输出端，并与可调光阑(4)配合。

5.根据权利要求3或4所述的一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置，其特征在于，所述第一驱动件固定在检测装置底板。

6.根据权利要求1至4任一所述的一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置，其特征在于，还包括微音器(9)、锁相放大器(10)、主控电路(11)；所述微音器(9)接收所述光声池的光声信号，所述微音器(9)的电信号经过锁相放大器(10)放大后传输给主控电路(11)。

7.根据权利要求3或4所述的一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置，其特征在于，所述滤光片盘(3)为圆形，多个滤光片(31)呈环形均匀布设。

8.一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置的使用方法，应用于权利要求1至7任一所述的检测装置；其特征在于，包括以下情况：

9.根据权利要求8所述的一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置的使用方法，其特征在于，所述情况2中，光源模块的倾斜角度确定依据为光束在光声池内多次反射后的总光程满足低浓度sf6分解气体检测需求。

10.根据权利要求8所述的一种多功能sf6分解气体光声光谱检测装置的使用方法，其特征在于，所述情况1中可调光阑(4)孔径满足降低输入光声池(8)的光功率，情况2中可调光阑(4)孔径满足增大输入光声池(8)的光功率。

技术总结
本发明公开一种多功能SF<subgt;6</subgt;分解气体光声光谱检测装置及检测方法，包括光源模块、光声池；所述光源模块的光束入射至所述光声池；还包括旋转单元；所述光源模块固定在旋转单元上；所述旋转单元带动所述光源模块以设定半径转动，从而使光束垂直入射光声池或倾斜入射光声池。本发明提出一种量程可切换的光声光谱检测装置，通过调节光源模块，以及光阑，实现单一设备同时对低浓度气体和高浓度气体的检测。

技术研发人员：马凤翔,袁小芳,赵跃,李康,关万杰,汤贝贝,朱峰,曹骏
受保护的技术使用者：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11