基于光聲光譜技術(shù)的sf6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氣體分解產(chǎn)物檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置及方法，包括殼體，殼體內(nèi)部設(shè)置單片機及其附屬電路，單片機及其附屬電路連接電源，單片機通過功率開關(guān)管連接紅外光源，紅外光源與光聲池的光源入射口相對，光聲池內(nèi)部設(shè)置諧振腔，光聲池兩側(cè)設(shè)置與諧振腔相通的圓形孔，兩側(cè)的圓形孔內(nèi)安裝微音器，微音器通過鎖相放大電路連接單片機，單片機連接顯示屏，光聲池上端設(shè)置與諧振腔相通的進氣口和出氣口。本發(fā)明避免了電化學方法存在的交叉干擾和電極“中毒”問題，降低了系統(tǒng)噪音，提高了檢測的準確度，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小，穩(wěn)定性好。
【專利說明】基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體分解產(chǎn)物檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，以SF6氣體作為絕緣介質(zhì)的電氣設(shè)備得以大量運用，而SF6氣體分解產(chǎn)物的檢測是診斷SF6設(shè)備運行工況和潛伏性故障的有效方法。SF6電氣設(shè)備內(nèi)部故障時分解產(chǎn)生的硫化物主要有S02、H2S、SF4、S02F S0F2、S2F10和S20F10等；氟化物主要有HF、CF4、A1F3、CuF2和WF6等；碳化物主要有CO、C02和低分子烴等。其中S02、H2S和CO三種組分氣體可以作為設(shè)備發(fā)生故障時分析判斷的特征組分。目前行業(yè)內(nèi)使用的檢測儀主要采用電化學傳感器檢測法，此種傳感器在檢測過程中受到硫化物腐蝕影響發(fā)生“中毒”，容易產(chǎn)生漂移或損壞，導致檢測結(jié)果不準，其測量準確度難以滿足診斷SF6設(shè)備潛伏性故障的要求，同時維護成本高，故障率高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的問題是:提供一種設(shè)計合理，檢測結(jié)果準確，維護成本低，故障率低的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置及方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，包括殼體，殼體內(nèi)部設(shè)置單片機及其附屬電路，單片機及其附屬電路連接電源，單片機通過功率開關(guān)管連接紅外光源，紅外光源與光聲池的光源入射口相對，光聲池內(nèi)部設(shè)置諧振腔，光聲池兩側(cè)設(shè)置與諧振腔相通的圓形孔，兩側(cè)的圓形孔內(nèi)安裝微音器，微音器通過鎖相放大電路連接單片機，單片機連接顯示屏，光聲池上端設(shè)置與諧振腔相通的進氣口和出氣口。
[0006]所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置避免了電化學方法存在的交叉干擾和電極“中毒”問題，降低了系統(tǒng)噪音，提高了檢測的準確度，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，體積小，穩(wěn)定性好。
[0007]進一步地優(yōu)選，光聲池一端設(shè)置入射鏡，入射鏡設(shè)置在光源入射口處，另一端設(shè)置反射鏡，入射鏡和反射鏡通過壓環(huán)固定在光聲池的兩端。提升池體內(nèi)的光線反射率，增大光強。
[0008]進一步地優(yōu)選，入射鏡和反射鏡之間形成諧振腔，諧振腔兩端設(shè)置緩沖室。
[0009]進一步地優(yōu)選，紅外光源采用紅外燈絲，紅外光源前端設(shè)置濾光片。經(jīng)過濾光片濾光后，得到特定頻率波長的光譜，以激發(fā)所需檢測的氣體釋放熱能。
[0010]進一步地優(yōu)選,微音器米用娃微傳聲器。SPA2410LR5H-B娃微傳聲器電平輸出與聲波幅值大小有很強的正相關(guān)關(guān)系，具有更高的靈敏度，且在100至10000HZ范圍內(nèi)頻響平坦。
[0011]進一步地優(yōu)選，單片機采用PIC16C74單片機。低成本、高可靠性。[0012]進一步地優(yōu)選，電源采用磷酸鐵鋰電池。磷酸鐵鋰電池安全性較高，而且使用充電快速方便。
[0013]進一步地優(yōu)選，殼體采用ABS樹脂。ABS樹脂材料強度和耐溫特性都已滿足生產(chǎn)現(xiàn)場要求，并且密度較小質(zhì)量輕，便于攜帶，性價比較高。殼體的的長度為370mm，寬度為300mm，高度為 170mm。
[0014]所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測方法，包括以下步驟:
[0015]( I)待檢測氣體通過光聲池的進氣口進入到光聲池的諧振腔內(nèi)；
[0016](2)打開電源，單片機及其附屬電路，功率開關(guān)管，紅外光源，鎖相放大電路以及顯示屏通電，單片機對輸出的開關(guān)驅(qū)動信號進行SPWM調(diào)制，將紅外光源接入功率開關(guān)管回路，用SPWM信號驅(qū)動功率開關(guān)管，通過功率開關(guān)管對紅外光源進行電子調(diào)制，經(jīng)過電子調(diào)制后紅外光強呈周期性變化，經(jīng)過濾光片濾光后，得到特定頻率波長的光譜；經(jīng)過調(diào)制后的紅外光源可輸出頻率為2500HZ-3500HZ。
[0017](3)所得到的特定頻率波長的光譜通過光源入射口進入到光聲池內(nèi)，光聲池內(nèi)的待檢測氣體受到窄帶光脈沖照射，氣體分子按其特征吸收頻率吸收光輻射，氣體吸收能量與其濃度成比例關(guān)系，并將吸收能量部分轉(zhuǎn)化為熱能，氣體根據(jù)入射光脈沖被周期性加熱，氣體溫度的周期性波動導致壓力波動；光聲池的諧振頻率為2800HZ-3000HZ。
[0018](4)周期性壓力波動通過微音器進行檢測，微音器將聲能變換成電信號，電信號通過鎖相放大電路提高信噪比后將信號傳給單片機，單片機經(jīng)過分析和計算后得到檢測氣體的濃度值，最后通過顯示屏顯示。
[0019]本發(fā)明所具有的有益效果是:
[0020]1、運用光聲光譜法分析SF6分解產(chǎn)物含量，避免了電化學方法存在的交叉干擾和電極“中毒”問題，提高了檢測的準確度，降低了成本。
[0021]2、采用硅微傳聲器檢測光聲信號，降低了系統(tǒng)噪音并提高了檢測靈敏度，在硅微傳聲器輸出單元外加鎖相放大器回路，篩選并且放大出所需要的壓力波信號，大幅度抑制無用噪聲，改善檢測的信噪比。
[0022]3、通過MOSFET功率開關(guān)管調(diào)制紅外光源頻率，穩(wěn)定性好，受外界振動影響小，且具有壽命長，無機械觸點的優(yōu)點，極大提高了工作可靠性，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，減小了體積，提高了可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明光聲池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4為鎖相放大電路等值電路圖；
[0027]其中，1、殼體；2、紅外光源；3、單片機；4、功率開關(guān)管；5、電源；6、光聲池；7、圓形孔；8、光源入射口 ；9、濾光片；10、壓環(huán)；11、諧振腔；12、微音器；13、鎖相放大電路；14、入射鏡；15、進氣口 ；16、出氣口 ；17、緩沖室；18、反射鏡。
【具體實施方式】[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步描述:
[0029]如圖1、圖2、圖3、圖4所示，本發(fā)明所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，包括殼體1，殼體I內(nèi)部設(shè)置單片機3及其附屬電路，單片機3及其附屬電路連接電源5，單片機3通過功率開關(guān)管4連接紅外光源2，紅外光源2與光聲池6的光源入射口8相對，光聲池6內(nèi)部設(shè)置諧振腔11，光聲池6兩側(cè)設(shè)置與諧振腔11相通的圓形孔7，兩側(cè)的圓形孔7內(nèi)安裝微音器12，微音器12通過鎖相放大電路13連接單片機3，單片機3連接顯示屏，光聲池6上端設(shè)置與諧振腔11相通的進氣口 15和出氣口 16。
[0030]所述的光聲池6 —端設(shè)置入射鏡14，入射鏡14設(shè)置在光源入射口 8處，另一端設(shè)置反射鏡18，入射鏡14和反射鏡18通過壓環(huán)10固定在光聲池6的兩端，入射鏡14和反射鏡18之間形成諧振腔18，諧振腔11兩端設(shè)置緩沖室17。
[0031]其中，紅外光源2采用紅外燈絲，紅外光源2前端設(shè)置濾光片9，微音器12采用硅微傳聲器，單片機3采用PIC16C74單片機，電源5采用磷酸鐵鋰電池，殼體I采用ABS樹脂。
[0032]基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測方法，包括以下步驟:
[0033](I)待檢測氣體通過光聲池6的進氣口 15進入到光聲池6的諧振腔11內(nèi)；
[0034](2)打開電源5，單片機3及其附屬電路，功率開關(guān)管4，紅外光源2，鎖相放大電路13以及顯示屏通電，單片機3對輸出的開關(guān)驅(qū)動信號進行SPWM調(diào)制，將紅外光源接入功率開關(guān)管回路，用SPWM信號驅(qū)動功率開關(guān)管，通過功率開關(guān)管對紅外光源2進行電子調(diào)制，經(jīng)過電子調(diào)制后紅外光強呈周期性變化，經(jīng)過濾光片濾光后，得到特定頻率波長的光譜，以激發(fā)所需檢測的氣體釋放熱能；
[0035](3)所得到的特定頻率波長的光譜通過光源入射口 8進入到光聲池6內(nèi)，光聲池6內(nèi)的待檢測氣體受到窄帶光脈沖照射,氣體分子按其特征吸收頻率吸收光輻射,氣體吸收能量與其濃度成比例關(guān)系，并將吸收能量部分轉(zhuǎn)化為熱能，氣體根據(jù)入射光脈沖被周期性加熱，氣體溫度的周期性波動導致壓力波動；其中，根據(jù)HITRAN2008G分子吸收光譜數(shù)據(jù)庫對S02，H2S和CO的吸收譜線進行仔細分析后選取的特征吸收譜線如下:S02特征吸收譜線波長3.98um, H2S特征吸收譜線波長4.65um, CO特征吸收譜線波長2.64um。
[0036](4)周期性壓力波動通過微音器12進行檢測，微音器12將聲能變換成電信號，電信號通過鎖相放大電路13提高信噪比后將信號傳給單片機3，單片機3經(jīng)過分析和計算后得到檢測氣體的濃度值，最后通過顯示屏顯示。
【權(quán)利要求】
1.一種基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，包括殼體(1)，殼體(I)內(nèi)部設(shè)置單片機(3)及其附屬電路，單片機(3)及其附屬電路連接電源(5)，其特征在于:單片機(3)通過功率開關(guān)管(4)連接紅外光源(2)，紅外光源(2)與光聲池(6)的光源入射口(8)相對，光聲池(6)內(nèi)部設(shè)置諧振腔(11)，光聲池(6)兩側(cè)設(shè)置與諧振腔(11)相通的圓形孔(7)，兩側(cè)的圓形孔(7)內(nèi)安裝微音器(12)，微音器(12)通過鎖相放大電路(13)連接單片機(3)，單片機(3)連接顯示屏，光聲池(6)上端設(shè)置與諧振腔(11)相通的進氣口(15)和出氣口(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，其特征在于:所述的光聲池(6) —端設(shè)置入射鏡(14)，入射鏡(14)設(shè)置在光源入射口(8)處，另一端設(shè)置反射鏡(18)，入射鏡(14)和反射鏡(18)通過壓環(huán)(10)固定在光聲池(6)的兩端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，其特征在于:所述的入射鏡(14)和反射鏡(18)之間形成諧振腔(18)，諧振腔(11)兩端設(shè)置緩沖室(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，其特征在于:所述的紅外光源(2 )采用紅外燈絲，紅外光源(2 )前端設(shè)置濾光片(9 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，其特征在于:所述的微音器(12)米用娃微傳聲器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，其特征在于:所述的單片機(3)采用PIC16C74單片機。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，其特征在于:所述的電源(5 )采用磷酸鐵鋰電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測裝置，其特征在于:所述的殼體(I)采用ABS樹脂。
9.一種基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體分解產(chǎn)物檢測方法，其特征在于包括以下步驟: (1)待檢測氣體通過光聲池(6)的進氣口(15)進入到光聲池(6)的諧振腔(11)內(nèi)； (2)打開電源(5)，單片機(3)及其附屬電路，功率開關(guān)管(4)，紅外光源(2)，鎖相放大電路(13)以及顯示屏通電，單片機(3)對輸出的開關(guān)驅(qū)動信號進行SPWM調(diào)制，將紅外光源接入功率開關(guān)管回路，用SPWM信號驅(qū)動功率開關(guān)管，通過功率開關(guān)管對紅外光源(2)進行電子調(diào)制，經(jīng)過電子調(diào)制后紅外光強呈周期性變化，經(jīng)過濾光片濾光后，得到特定頻率波長的光譜； (3)所得到的特定頻率波長的光譜通過光源入射口(8)進入到光聲池(6)內(nèi)，光聲池(6)內(nèi)的待檢測氣體受到窄帶光脈沖照射，氣體分子按其特征吸收頻率吸收光輻射，氣體吸收能量與其濃度成比例關(guān)系，并將吸收能量部分轉(zhuǎn)化為熱能，氣體根據(jù)入射光脈沖被周期性加熱，氣體溫度的周期性波動導致壓力波動； (4)周期性壓力波動通過微音器(12)進行檢測，微音器(12)將聲能變換成電信號，電信號通過鎖相放大電路(13)提高信噪比后將信號傳給單片機(3)，單片機(3)經(jīng)過分析和計算后得到檢測氣體的濃度值，最后通過顯示屏顯示。
【文檔編號】G01N21/3504GK103884672SQ201410111420
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】趙利, 岳增偉, 閻炳水, 耿寧, 徐天錫, 楊靜, 李天 , 林英, 崔川, 季素云, 孫學鋒, 李志剛, 張濤, 高鵬, 王毅, 王曄, 王世儒, 孫立新, 王建民, 張 杰, 喬恒 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司淄博供電公司