一种用于高电压电气设备的在线气体检测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种用于高电压电气设备的在线气体检测装置和方法，其中，所述装置包括第一光源、第二光源、耦合器、第一环行器、第二环行器、第一声波传感器、第二声波传感器、光声池、第一光电探测器、第二光电探测器和信号处理模块，其通过在光声波两侧相对方向安装腔长不同的第一声波传感器和第二声波传感器，使第一声波传感器的工作点位于干涉曲线的斜率最大处，第二声波传感器的工作点位于干涉曲线的斜率最小处，使两路测量的光声信号是反相的，而振动信号是同相的，从而利用差分法实现了对外部振动干扰的扣除。相比于现有技术中单个麦克风结合强度解调法的方案，成本没有明显增加，但是采用差分方式大幅抑制了振动干扰的影响。的影响。的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高电压电气设备的在线气体检测装置和方法


[0001]本专利技术涉及电气设备在线监测
，尤其是一种用于高电压电气设备的在线气体检测装置和方法。

技术介绍

[0002]为了保证电网安全、可靠的运行，对电网中高电压电气设备进行气体实时检测是十分必要的。气相色谱法作为一种传统气体检测方法已应用于高电压电气设备实时检测。但光声光谱技术因其具有灵敏度高、免维护的特点，正逐步替代气相色谱法。然而，高电压电气设备附近的强电磁环境使得传统的光声光谱装置易受干扰，影响了电气设备中溶解气体浓度测量的稳定性和可靠性。
[0003]2003年英国Kleman公司基于光声光谱技术研制出了基于黑体辐射红外宽谱光源的光声光谱油中溶解气体分析设备,可以对油中多种气体成分进行ppm量级的浓度测量。但由于该光谱仪技术方案上的局限性使得近年来在现场应用过程中暴露出检测设备现场抗干扰能力差的问题，高电压电气设备运行现场的强电磁干扰经常会使实际测量数据严重偏离实验室标定结果，从而影响了气体浓度的测量精度。而且在传统光声光谱传感器中，在光声池内通入待测气体，并将一个高灵敏的麦克风放置在光声池中，由于变压器的电磁环境，使麦克风极易受影响，因此，专利技术一种抗干扰能力强的用于高电压电气设备的在线气体检测装置和方法具有重要意义。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中基于光声光谱技术的气体浓度测量装置应用于高电压电气设备时，抗干扰能力差，气体浓度测量精度低的技术问题，提出了本专利技术。本专利技术的实施例提供了一种用于高电压电气设备的在线气体检测装置和方法。
[0005]根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种用于高电压电气设备的在线气体检测装置，所述装置包括第一光源、第二光源、耦合器、第一环行器、第二环行器、第一声波传感器、第二声波传感器、光声池、第一光电探测器、第二光电探测器和信号处理模块，其中：
[0006]光声池与高电压电气设备连接，用于充入待测气体；
[0007]第一光源经耦合器分别与第一环行器和第二环形器的一端连接，用于生成探测光；
[0008]第一环形器和第二环形器另一端分别与各自对应的第一声波传感器和第二声波传感器的一端连接；
[0009]第一声波传感器和第二声波传感器在光声池的两侧相对方向安装，用于测量光声池中的光声信号，其中，第一声波传感器和第二声波传感器的腔长不同；
[0010]第一光电探测器和第二光电探测器的一端分别与各自对应的第一声波传感器和第二声波传感器另一端连接，用于探测第一声波传感器和第二声波传感器测量的光声信号；
[0011]第二光源一端通过光纤与光电池连接，另一端与信号处理模块连接，用于发射激光；
[0012]信号处理模块与第一光电探测器和第二光电探测器的另一端，以及第二光源的另一端分别连接，用于调整第二光源的电流以调整第二光源发射的激光的波长；以及根据第一光电探测器和第二光电探测器返回的光声信号计算待测气体的浓度。
[0013]可选地，在本专利技术上述各装置实施例中，所述第一光源和第二光源均为可调谐半导体激光器。
[0014]可选地，在本专利技术上述各装置实施例中，所述第二光源的中心波长为1550nm。
[0015]可选地，在本专利技术上述各装置实施例中，所述第一声波传感器的F
‑
P腔长为1200.6μm，工作点位于干涉曲线的斜率最大处，所述第二声波传感器的F
‑
P腔长为1201.1μm，工作点位于干涉曲线的斜率最小处。
[0016]可选地，在本专利技术上述各装置实施例中，所述耦合器是分光比为50：50的光纤耦合器。
[0017]可选地，在本专利技术上述各装置实施例中，所述光声池的内径为10mm,长度为40mm。
[0018]根据本专利技术实施例的另一个方面，提供了一种用于高电压电气设备的在线气体检测方法，所述方法包括：
[0019]第二光源发射的激光入射到光声池；
[0020]待测气体与第二光源发射的激光在光声池中发生光声效应生成光声信号；
[0021]耦合器将第一光源发射的探测光分成第一探测光和第二探测光；
[0022]所述第一探测光和第二探测光经过对应的第一环行器和第二环行器，入射到对应的第一声波传感器和第二声波传感器，所述第一声波传感器和第二声波传感器安装在光声池上；
[0023]第一声波传感器和第二声波传感器将所述光声信号经过对应的第一环行器和第二环行器入射到对应的第一光电探测器和第二光电探测器；
[0024]信号处理模块根据第一光电探测器和第二光电探测器探测的所述光声信号，计算待测气体浓度。
[0025]可选地，在本专利技术上述各方法实施例中，第二光源发射的激光入射到光声池包括：
[0026]信号处理模块调整第二光源的电流以调整第二光源发射的激光的波长；
[0027]第二光源发射的激光通过光纤入射到光声池。
[0028]可选地，在本专利技术上述各方法实施例中，所述耦合器将第一光源发射的探测光分成第一探测光和第二探测光包括：
[0029]耦合器将第一光源发射的探测光分成两路光源，其中，分光比为50：50，所述两路光源包括第一探测光和第二探测光。
[0030]可选地，在本专利技术上述各方法实施例中，信号处理模块根据第一光电探测器和第二光电探测器探测的所述光声信号，计算待测气体浓度，其计算公式为：
[0031]Y＝a*(X2‑
X1)
[0032]式中，Y为待测气体浓度值，a为光电系数，为一可设置的常数，X2和X1分别为第一光电探测器和第二光电探测器探测的光电信号。
[0033]本专利技术所述的用于高电压电气设备的在线气体检测装置和方法，其中，所述装置
包括第一光源、第二光源、耦合器、第一环行器、第二环行器、第一声波传感器、第二声波传感器、光声池、第一光电探测器、第二光电探测器和信号处理模块，其通过在光声波两侧相对方向安装腔长不同的第一声波传感器和第二声波传感器，使第一声波传感器的工作点位于干涉曲线的斜率最大处，第二声波传感器的工作点位于干涉曲线的斜率最小处，使两路测量的光声信号是反相的，而振动信号是同相的，从而利用差分法实现了对外部振动干扰的扣除。相比于现有技术中单个麦克风结合强度解调法的方案，成本没有明显增加，但是采用差分方式大幅抑制了振动干扰的影响，为光声光谱技术在高电压电气绝缘设备在线监测中的应用提供了有力的技术支持。
[0034]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0035]通过结合附图对本专利技术实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
[0036]图1是本专利技术一示例性实施例提供的用于高电压电气设备的在线气体检测装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高电压电气设备的在线气体检测装置，其特征在于，所述装置包括第一光源、第二光源、耦合器、第一环行器、第二环行器、第一声波传感器、第二声波传感器、光声池、第一光电探测器、第二光电探测器和信号处理模块，其中：光声池与高电压电气设备连接，用于充入待测气体；第一光源经耦合器分别与第一环行器和第二环形器的一端连接，用于生成探测光；第一环形器和第二环形器另一端分别与各自对应的第一声波传感器和第二声波传感器的一端连接；第一声波传感器和第二声波传感器在光声池的两侧相对方向安装，用于测量光声池中的光声信号，其中，第一声波传感器和第二声波传感器的腔长不同；第一光电探测器和第二光电探测器的一端分别与各自对应的第一声波传感器和第二声波传感器另一端连接，用于探测第一声波传感器和第二声波传感器测量的光声信号；第二光源一端通过光纤与光电池连接，另一端与信号处理模块连接，用于发射激光；信号处理模块与第一光电探测器和第二光电探测器的另一端，以及第二光源的另一端分别连接，用于调整第二光源的电流以调整第二光源发射的激光的波长；以及根据第一光电探测器和第二光电探测器返回的光声信号计算待测气体的浓度。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一光源和第二光源均为可调谐半导体激光器。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第二光源的中心波长为1550nm。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一声波传感器的F
‑
P腔长为1200.6μm，工作点位于干涉曲线的斜率最大处，所述第二声波传感器的F
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P腔长为1201.1μm，工作点位于干涉曲线的斜率最小处。5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述耦合器是分光比为50：50的光纤耦合器。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜劲超，王广真，袁帅，付德慧，杜非，常文治，许渊，弓艳朋，杨圆，于浩，项添春，郑剑，金尧，祖国强，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：