基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种本发明专利技术所设计的基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统，它包括红外光梳、红外可调谐连续激光器、第一分束器、第二合束器、红外光电探测器、频谱仪、斩波器、光声池和微音器，本发明专利技术利用红外光梳对光声光谱进行频率标定，增加了光声光谱测量的频率信息，从而提高对复杂多组分电力设备故障气体检测的分辨能力，解决传统技术交叉敏感的问题和选择性差的问题；通过采用宽带调频的红外连续激光器作为光源，可以增加光声光谱的测量谱宽以及可检测的气体种类。

【技术实现步骤摘要】
基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统及方法
本专利技术涉及气体检测
，具体地指一种基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统及方法。
技术介绍
针对六氟化硫电气设备分解产物的超灵敏检测技术是排查电气设备(如：变压器、断路器、气体绝缘金属封闭开关设备、互感器、电容器等)潜在故障，确保设备运行安全的重要手段。六氟化硫电气设备分解产物是指电气设备中的六氟化硫SF6气体或固体绝缘材料，发生化学反应后产生的H2S、HF、SO2、CF4、CO、CO2、C3F8、SO2F2、SOF2等气体。由于电气设备故障特征气体的组分复杂、含量不一，因此对气检技术的气体识别或分辨能力(选择性)、灵敏度、准确性，以及可检测气体种类等特性提出严苛要求。目前，常用的气体检测手段包括如下几种。1)电化学法。该技术利用被测气体的电化学反应，将被测气体的浓度变化转为电位或电流变化的传感测量器件。可检测气体对象主要包括H2S、HF、SO2、CF4、CO。该方法灵敏度高，但需要与被测气体直接接触，易被腐蚀，且可检测气体种类以及可检测浓度的动态范围易受限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统，其特征在于：它包括红外光梳(1)、红外可调谐连续激光器(2)、第一分束器(3)、第二合束器(4)、红外光电探测器(5)、频谱仪(6)、斩波器(7)、光声池(8)和微音器(9)，所述红外光梳(1)的输出端与第二合束器(4)的输入光路连接，红外可调谐连续激光器(2)的输出端与第一分束器(3)的输入光路连接，第一分束器(3)的第一输出端与第二合束器(4)的输入光路连接，第二合束器(4)的输出端与红外光电探测器(5)的输入光路连接，红外光电探测器(5)的输出端与频谱分析仪(6)的电信号输入端链接，第一分束器(3)的输出端与光声池(8)的光源入射口...

【技术特征摘要】
1.一种基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统，其特征在于：它包括红外光梳(1)、红外可调谐连续激光器(2)、第一分束器(3)、第二合束器(4)、红外光电探测器(5)、频谱仪(6)、斩波器(7)、光声池(8)和微音器(9)，所述红外光梳(1)的输出端与第二合束器(4)的输入光路连接，红外可调谐连续激光器(2)的输出端与第一分束器(3)的输入光路连接，第一分束器(3)的第一输出端与第二合束器(4)的输入光路连接，第二合束器(4)的输出端与红外光电探测器(5)的输入光路连接，红外光电探测器(5)的输出端与频谱分析仪(6)的电信号输入端链接，第一分束器(3)的输出端与光声池(8)的光源入射口正对，斩波器(7)设置于第一分束器(3)的输出端与光声池(8)的光源入射口之间，斩波器(7)用于对第一分束器(3)输出的光信号进行周期性的强度调制，所述光声池(8)内装有待测气体，第一分束器(3)输出的光信号经过斩波器(7)强度调制后，射入光声池(8)中的待测气体，并用微音器(9)探测待测气体吸收光能后产生的声波信号。


2.根据权利要求1所述的基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统，其特征在于：它还包括锁相放大器(10)和数据采集卡(11)，所述微音器(9)的信号输出端链接锁相放大器(10)的输入端，锁相放大器(10)的输出端连接数据采集卡(11)的输入端，斩波器(7)的控制器的设定频率信号输出端连接数据采集卡(11)的输入端。


3.根据权利要求1所述的基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统，其特征在于：所述红外可调谐连续激光器(2)用于输出待测频率为fcw的红外连续激光信号，红外光梳(1)用于输出经过频率校准的红外光梳信号，红外光电探测器(5)用于将红外连续激光信号与红外光梳信号进行拍频得到的拍频信号fb进行捕捉并记录在频谱分析仪(6)中，频谱分析仪(6)用于利用红外连续激光信号、拍频信号fb，并通过光梳定标的方法对红外连续激光信号中待测频率fcw进行测量。


4.根据权利要求3所述的基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统，其特征在于：所述红外可调谐连续激光器(2)输出的频率为fcw的红外连续激光信号由斩波器(7)进行强度调制后，射入光声池(8)中的待测气体，并用微音器(9)探测待测气体吸收光能后产生的声波信号。


5.根据权利要求4所述的基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测系统，其特征在于：所述声波信号由锁相放大器(10)放大后，通过数据采集卡(11)采集，并利用光声光谱探测方法得到待测气体的光声光谱强度信号。


6.一种基于光频梳频率定标的高分辨光声光谱气体检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：红外可调谐连续激光器(2)输出待测频率为fcw的红外连续激光信号，红外光梳(1)输出经过频率校准的红外光梳信号，红外连续激光信号通过第一分束器(3)输入到第二合束器(4)，在第二合束器(4)内红外连续激光信号与红外光梳信号进行拍频得到的拍频信号fb；
步骤2：红外光电探测器(5)将拍频信号fb进行捕捉并记录在频谱分析仪(6)中；
步骤3：频谱分析仪(6)利用红外连续激光信号、拍频信号fb，并通过光梳定标的方法对红外连续激光信号中待测频率fcw进行测量；
步骤4：红外可调谐连续激光器(2)输出的频率为fcw的红外连续激光信号由斩波器(7)进行强度调制后，射入光声池(8)中的待测气体，并用微音器(9)探测待测气体吸收光能后产生的声波信号并转化为声波电信号；
步骤5：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃兆宇，程林，张静，江翼，黄勤清，周文，罗子秋，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网电力科学研究院有限公司，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11