一种高灵敏气体检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术具体涉及一种高灵敏分解气体检测装置及方法，主要解决了传统SF6分解物检测方法存在易受环境的影响、稳定性差、检测灵敏度低和不同气体之间存在交叉影响的技术问题。本发明专利技术通过巧妙地设计差分结构的光声池，有效地减低了传感系统的噪声。另外，通过多路时分复用技术，在单个光声池中实现了多路气体的同步检测，能够精确测量的SF6分解物气体的浓度，相对采用宽谱红外光源的传感系统，成本低，探测灵敏度高，选择性好，可以满足目前电力系统中对SF6分解物的实际探测需求。

A highly sensitive gas detection device and method

The invention relates to a highly sensitive decomposition gas detecting device and method, which mainly solves the technical problems of the traditional SF6 decomposition detection method which are easily affected by environment, poor stability, low detection sensitivity and cross influence between different gases. By designing the photoacoustic cell with differential structure skillfully, the noise of the sensing system is effectively reduced. In addition, through multi-channel time-division multiplexing technique in a single photoacoustic cell to realize synchronous detection of multiple gas concentration, can accurately measure the SF6 decomposition of gas, using relatively wide spectrum sensing system, infrared light source of low cost, high sensitivity, good selectivity, can meet the needs of the present actual detection power system of SF6 decomposition.

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏气体检测装置及方法
本专利技术属于气体的检测装置及方法
，具体涉及一种高灵敏气体检测装置及方法。
技术介绍
在国内外电力系统中，由于六氟化硫(SF6)气体具有优良的气体绝缘性和强灭弧性能，通常作为气体绝缘断路器(GCB)、气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、气体绝缘变压器(GIT)以及气体绝缘线路(GIL)等高压设备中的绝缘气体。纯净的SF6是一种无色、无味、无毒的气体，且在300℃以下时，其化学性质十分稳定。但在高压设备长期运行过程中，由于镀银不均、脱落或者形成氧化层等制造工艺问题，这些的高压设备中的线路接头会产生局部电晕、火花或者电弧放电，最终引起设备局部过热性故障，并使SF6气体发生分解。SF6分解组分与设备中的微量水蒸气(H2O)、氧气(O2)等杂质发生一系列复杂的化学反应，并生成H2S、SO2、SF4、CO、CF4和SOF2等分解物质，这些分解物会腐蚀绝缘材料，加速绝缘老化，形成更严重的过热性故障，甚至最终导致设备崩溃。对SF6气体分解物的浓度探测是高压设备故障诊断的重要方法之一，可以用来判断绝缘设备的故障类型。传统的SF6分解物检测方法主要有气相色谱法、检本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高灵敏气体检测装置，其特征在于：包括光声池(1)、差分放大器(2)、锁相放大器(3)、计算机系统(4)、两个函数发生器(5、6)、加法器(7)、激光驱动板(8)、近红外激励光源(9)、光纤放大器(10)和光束准直器(11)，所述第一函数发生器(5)和第二函数发生器(6)信号输出端分别连接加法器(7)两个信号输入端，加法器(7)的输出端连接激光驱动板(8)的电流驱动口，激光驱动板(8)的电流输出连接近红外激励光源(9)的电流输入端，近红外激励光源(9)输出的激光通过光纤连接到光纤放大器(10)的光束输入端口，光纤放大器(10)的光束输出端口通过光纤连接到光束准直器(11)，光束准直器(11)...

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏气体检测装置，其特征在于：包括光声池(1)、差分放大器(2)、锁相放大器(3)、计算机系统(4)、两个函数发生器(5、6)、加法器(7)、激光驱动板(8)、近红外激励光源(9)、光纤放大器(10)和光束准直器(11)，所述第一函数发生器(5)和第二函数发生器(6)信号输出端分别连接加法器(7)两个信号输入端，加法器(7)的输出端连接激光驱动板(8)的电流驱动口，激光驱动板(8)的电流输出连接近红外激励光源(9)的电流输入端，近红外激励光源(9)输出的激光通过光纤连接到光纤放大器(10)的光束输入端口，光纤放大器(10)的光束输出端口通过光纤连接到光束准直器(11)，光束准直器(11)输出的光束经过光声池(1)的一个共振腔，光声池(1)两个麦克风输出信号连接差分放大器(2)的两路输入，差分放大器(2)输出信号送入到锁相放大器(3)的信号输入端，第一函数发生器(5)的同步输出端连接锁相放大器(3)的同步输入端，锁相放大器(3)的信号输出端连接计算机系统(4)的信号输入端。2.根据权利要求1所述的一种高灵敏气体检测装置，其特征在于：所述光声池(1)包括壳体(101)、两颗驻极体电容麦克风(102)、两片光学玻璃窗口(103)和两个固定框(104)，在所述壳体(101)的两端口分别设有一个气体缓冲室(105)，在壳体(101)的内腔水平设有两个相互平行的光声共振腔(106)，且使两个光声共振腔(106)的两端口与设置在壳体(101)两端的气体缓冲室(105)连通，在壳体(101)左端的侧壁设有进气孔(107)，且使进气孔(107)与设置在壳体(101)左端的气体缓冲室(105)连通，在壳体(101)右端的侧壁设有出气孔(108)，且使出气孔(108)与设置在壳体(101)右端的气体缓冲室(105)连通，在壳体(101)侧壁的中部并列设有两个麦克风小孔(109)，且使两个麦克风小孔(109)分别与两个光声共振腔(106)连通，两颗驻极体电容麦克风(102)分别设置在两个麦克风小孔(109)上，两片光学玻璃窗口(103)分别通过两个固定框(104)固定在壳体(101)的两端口。3.根据权利要求2所述的一种高灵敏气体检测装置，其特征在于：所述两个麦克风小孔(109)相邻设置，其直径为1mm-2mm。4.根据权利要求3所述的一种高灵敏气体检测装置，其特征在于：在所述固定框(104)与光学玻璃窗口(103)之间、光学玻璃窗口(103)与壳体(101)的端口之间还设有密封圈(110)。5.一种利用权利要求1-4任一项所述高灵敏气体检测装置进行气体检测的方法，其特征在于：包括以下步骤：(a)第一函数发生器(5)输出正弦波调制信号，正弦信号的频率为光声池(1)共振频率的一半，电压峰峰值为近红外激励光源(9)的最佳调制深度，该信号用来对激光波长进行调制，第二函数发生器(6)输出斜坡扫描信号，信号电压的中心对应待测气体的中心吸收线，两路电压信号通过加法器(7)相加后，输入到激光驱动板(8)来驱动近红外激励光源(9)，近红外激励光源(9)的驱动温度保持不变；(b)被波长调制的激光通过光纤跳线，输入近红外波段的光纤放大器(10)的光束输入端口，并使激光输出功率达到1-15瓦特；(c)从光纤放大器(10)的光束输出端输出的高功率的激光通过光束准直器(11)，输出平行光束，并输入到光声池(1)中的一个光声共振腔后，用于激励气体产生光声信号；(d)调制的光声信号被对应的高灵敏的驻极体电容麦克风探测到，并转换为电流信号；(e)微弱的两路电流信号被差分放大器(2)差分放大后，输入到锁相放大器(3)的信号输入端，并且将第一函数发生器(5)的同步信号输入到锁相放大器(3)的同步输入端，锁相放大器(3)的积分时间设置为1s，滤波斜率为12dB/oct，对应的探测带宽为0.25Hz，最后从锁相放大器(3)解调后得到光声信号的幅值S，并传输给计算机系统(4)；(f)光声信号的幅值S和气体浓度D成正比关系，可以记为D＝a×S，其中a是比例系数，通过预先通入已知不同气体的浓度获得，计算机系统(4)通过公式D＝a×S和获得的光声信号的幅值S，即可计算出被测气体的浓度。6.一种高灵敏气体检测装置，其特征在于：包括光声池(1)、差分放大器(2)、锁相放大器(3)、计算机系统(4)、两个函数发生器(5、6)、加法器(7)、n个激光驱动板(...

【专利技术属性】
技术研发人员：董磊，尹旭坤，肖连团，贾锁堂，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西,14