【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体绝缘电气设备的绝缘状态在线监测，具体涉及一种差分式的光声池及其工作方法。
技术介绍
1、sf6气体绝缘组合电器(gis)，以sf6气体作为绝缘介质，具有绝缘强度高、运行稳定、占地面积小和维护工作量小等优点，在电力系统中，尤其是大中城市电网建设和改造中得到愈来愈广泛的应用。但从近年来的运行情况看，其内部不可避免的缺陷仍会引起故障并随着运行时间的增长而不断扩大，一旦故障发生，gis由于其全封闭组合式结构使得故障定位和检修工作的执行非常困难，且与分离式结构设备相比，其事故的平均停电检修时间更长、停电范围更广，由此常常导致极大的经济损失。
2、gis母线是gis中重要的元件，其故障模式主要有机械故障、过热性故障和放电性故障三种类型，且以后两种为主，并且机械故障常以过热性故障和放电性故障的形式表现出来。gis母线的过热性故障通常是由于接触不良等原因而使得设备的热应力超过正常值，造成绝缘加速劣化。gis母线的过热性故障的初期一般表现为持续的局部温度过高，导致设备内的主要绝缘介质sf6气体在局部高温的作用下发生分解，并与其中混杂的氧气(o2)、水蒸气(h2o)以及热源处的金属物质发生反应，生成如氟化硫酰(so2f2)、氟化亚硫酰(sof2)、二氧化碳(co2)等产物；当gis内部发生局部放电时，在电场作用下，sf6气体会发生分解反应，生成如sf5、sf4、sf3、sf2、sf等低氟硫化物。如果pd发生在纯净的sf6气体中，上述低氟硫化物只要扩散出局部强电场区，就会很快复合并还原为sf6气体，对设备的绝缘性能不会带
3、由于gis故障所产生的气体吸收光谱大都在红外及近红外区域，因此光声光谱微量气体检测技术具有很大的应用前景。光声光谱检测技术具有吸收波段窄、响应速度快、检测灵敏度高等特点，运用该技术可实现gis故障的高效实时在线监测。现有的单通道光声池，主要是圆柱形光声池，圆柱体内充入待测气体，激光通过光声通道产生光声信号，这类光声池主要分为带有缓冲腔的与无缓冲腔的光声池两种，例如中国专利授权公告号cn215640841u公开的“一种光声池”就是一种单通道的光声池。现有光声池的缺点是：因激光入射时存在窗口的抖动、镜片的吸收、池内背景气体布朗分子的运动等原因而产生噪声，这部分噪声在单通道光声池内很难消除，严重限制了光声光谱系统的检测性能。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术单通道光声池内的噪声很难消除，限制了光声光谱系统的检测性能的问题。
2、本专利技术通过以下技术手段解决上述技术问题的：一种差分式的光声池，包括信号发生器、激光器驱动、加法器、激光器、光声池、微音器及锁相放大器，所述信号发生器作为激光器驱动的外部激励，输出低频的锯齿波和高频的正弦波给加法器；所述加法器将低频的锯齿波和高频的正弦波进行叠加输出给激光器驱动；所述激光器驱动与激光器连接，实现对激光器温度与驱动电流的控制；激光器发出的激光经过准直以后输入到光声池，所述光声池具有两个独立的腔室出口，两个独立的腔室出口均连接有微音器，所述微音器与锁相放大器连接，锁相放大器对微音器所采集的光声信号进行差分，输出相应的差分光声信号。
3、进一步地，所述信号发生器通过bnc连接线与加法器连接，加法器通过bnc连接线与激光器驱动相连。
4、进一步地，所述微音器通过bnc连接线与所述锁相放大器相连。
5、进一步地，所述光声池内通入待测气体，待测气体与激光发生光声效应并且激发出声压后，由微音器采集声音信号，在微音器内部完成声电转化过程。
6、进一步地，所述光声池为空心的金属腔体，作为待测气体与激光发生光声效应的场所，中间区域为样品池，样品池上的光声池侧壁设置两个腔室出口。
7、更进一步地，所述中间区域的样品池体积为30ml，光路长度为95mm。
8、进一步地，所述光声池的两端底部设有气体阀门，两个气体阀门中的一个与存储待测气体的气袋相连，另一个气体阀门通过导气管与真空泵相连。
9、进一步地，所述锁相放大器对微音器所采集的光声信号进行差分，然后对差分信号进行滤波后输出相应的差分光声信号。
10、进一步地，所述差分式的光声池还包括供电电源，所述供电电源连接在微音器与锁相放大器之间。
11、本专利技术还提供一种差分式的光声池的工作方法，所述方法包括：
12、s1、在测量待测气体之前，将真空泵与光声池的一个气体阀门相连，打开该气体阀门，通过真空泵将光声池抽真空，抽真空后关闭该气体阀门；
13、s2、将装有待测气体的气袋与光声池的另一个气体阀门相连，将光声池两个气体阀门均打开至预设位置，通过真空泵抽取待测气体冲洗光声池，消除上次测量时残余气体的影响；
14、s3、关闭光声池两侧的气体阀门，打开信号发生器、激光器驱动、加法器的设备电源；
15、s4、使用激光器驱动对激光器进行温度和电流控制，电流设置为0a，温度设置为25℃；
16、s5、通过信号发生器输出低频的锯齿波和高频的正弦波给加法器；
17、s6、所述加法器将低频的锯齿波和高频的正弦波进行叠加输出给激光器驱动；
18、s7、待测气体吸收激光能量后将发生受激跃迁，之后经过无辐射弛豫过程将激光能量转化为待测气体内能，从而导致气体温度的升高，温升将使待测气体压强增大，由于入射激光为周期性的激光，因此光声池内的待测气体压强将呈周期性变化，从而低频的锯齿波和高频的正弦波对应产生两种声压信号；
19、s8、光声池内产生的声压信号经过对应的微音器采集，并且通过锁相放大器输出相应的差分光声信号。
20、本专利技术的优点在于：
21、(1)本专利技术信号发生器产生的激励信号与激光器驱动相连，激光受到激励后，发射出被调制的激光，激光照射光声池内的待测气体分子时，待测气体分子将吸收激光能量发生受激跃迁，从而产生相应的声信号。当声信号传播至微音器时，微音器将采集产生的声音信号，同时在微音器内部实现声电的转化过程，最终由锁相放大器实现对于差分光声信号的提取。通过差分式信号处理，将传统单通道光声池无法滤除的噪声去掉，提高了光声光谱检测系统的信噪比，提升了系统检测性能。
22、(2)本专利技术差分式光声池品质因数q相较于单通道光声池要高，因此在降低噪声的同时还能够实现光声信号的提升。
23、(3)本专利技术装置中的激光器驱动能够设置和稳定维持激光器工作时的温度和驱动电流，消除了外界环境的干扰，确保实验的准确性。
24、(4)本专利技术装置内部外部进行抛光处理，最大限度地减少了装置本身对于系统监测性能的影本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种差分式的光声池，其特征在于，包括信号发生器、激光器驱动、加法器、激光器、光声池、微音器及锁相放大器，所述信号发生器作为激光器驱动的外部激励，输出低频的锯齿波和高频的正弦波给加法器；所述加法器将低频的锯齿波和高频的正弦波进行叠加输出给激光器驱动；所述激光器驱动与激光器连接，实现对激光器温度与驱动电流的控制；激光器发出的激光经过准直以后输入到光声池，所述光声池具有两个独立的腔室出口，两个独立的腔室出口均连接有微音器，所述微音器与锁相放大器连接，锁相放大器对微音器所采集的光声信号进行差分，输出相应的差分光声信号。
2.根据权利要求1所述的一种差分式的光声池，其特征在于，所述信号发生器通过BNC连接线与加法器连接，加法器通过BNC连接线与激光器驱动相连。
3.根据权利要求1所述的一种差分式的光声池，其特征在于，所述微音器通过BNC连接线与所述锁相放大器相连。
4.根据权利要求1所述的一种差分式的光声池，其特征在于，所述光声池内通入待测气体，待测气体与激光发生光声效应并且激发出声压后，由微音器采集声音信号，在微音器内部完成声电转化过程。
<...【技术特征摘要】
1.一种差分式的光声池，其特征在于，包括信号发生器、激光器驱动、加法器、激光器、光声池、微音器及锁相放大器，所述信号发生器作为激光器驱动的外部激励，输出低频的锯齿波和高频的正弦波给加法器；所述加法器将低频的锯齿波和高频的正弦波进行叠加输出给激光器驱动；所述激光器驱动与激光器连接，实现对激光器温度与驱动电流的控制；激光器发出的激光经过准直以后输入到光声池，所述光声池具有两个独立的腔室出口，两个独立的腔室出口均连接有微音器，所述微音器与锁相放大器连接，锁相放大器对微音器所采集的光声信号进行差分，输出相应的差分光声信号。
2.根据权利要求1所述的一种差分式的光声池，其特征在于，所述信号发生器通过bnc连接线与加法器连接，加法器通过bnc连接线与激光器驱动相连。
3.根据权利要求1所述的一种差分式的光声池，其特征在于，所述微音器通过bnc连接线与所述锁相放大器相连。
4.根据权利要求1所述的一种差分式的光声池，其特征在于，所述光声池内通入待测气体，待测气体与激光发生光声效应并且激发出声压后，由微音器采...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈英，马凤翔，许争杰，徐霄筱，赵跃，曾福平，朱可馨，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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