[发明专利]基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体分解产物检测领域，特别涉及一种基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置及方法。

背景技术

随着智能电网的快速发展，以SF6气体作为绝缘介质的电气设备得以大量运用，而SF6气体分解产物的检测是诊断SF6设备运行工况和潜伏性故障的有效方法。SF6电气设备内部故障时分解产生的硫化物主要有SO2、H2S、SF4、SO2F SOF2、S2F10和S2OF10等；氟化物主要有HF、CF4、AlF3、CuF2和WF6等；碳化物主要有CO、CO2和低分子烃等。其中SO2、H2S和CO三种组分气体可以作为设备发生故障时分析判断的特征组分。目前行业内使用的检测仪主要采用电化学传感器检测法，此种传感器在检测过程中受到硫化物腐蚀影响发生“中毒”，容易产生漂移或损坏，导致检测结果不准，其测量准确度难以满足诊断SF6设备潜伏性故障的要求，同时维护成本高，故障率高。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种设计合理，检测结果准确，维护成本低，故障率低的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，包括壳体，壳体内部设置单片机及其附属电路，单片机及其附属电路连接电源，单片机通过功率开关管连接红外光源，红外光源与光声池的光源入射口相对，光声池内部设置谐振腔，光声池两侧设置与谐振腔相通的圆形孔，两侧的圆形孔内安装微音器，微音器通过锁相放大电路连接单片机，单片机连接显示屏，光声池上端设置与谐振腔相通的进气口和出气口。

所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置避免了电化学方法存在的交叉干扰和电极“中毒”问题，降低了系统噪音，提高了检测的准确度，结构简单紧凑，体积小，稳定性好。

进一步地优选，光声池一端设置入射镜，入射镜设置在光源入射口处，另一端设置反射镜，入射镜和反射镜通过压环固定在光声池的两端。提升池体内的光线反射率，增大光强。

进一步地优选，入射镜和反射镜之间形成谐振腔，谐振腔两端设置缓冲室。

进一步地优选，红外光源采用红外灯丝，红外光源前端设置滤光片。经过滤光片滤光后，得到特定频率波长的光谱，以激发所需检测的气体释放热能。

进一步地优选，微音器采用硅微传声器。SPA2410LR5H-B硅微传声器电平输出与声波幅值大小有很强的正相关关系，具有更高的灵敏度，且在100至10000HZ范围内频响平坦。

进一步地优选，单片机采用PIC16C74单片机。低成本、高可靠性。

进一步地优选，电源采用磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池安全性较高，而且使用充电快速方便。

进一步地优选，壳体采用ABS树脂。ABS树脂材料强度和耐温特性都已满足生产现场要求，并且密度较小质量轻，便于携带，性价比较高。壳体的的长度为370mm，宽度为300mm，高度为170mm。

所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测方法，包括以下步骤：

（1）待检测气体通过光声池的进气口进入到光声池的谐振腔内；

（2）打开电源，单片机及其附属电路，功率开关管，红外光源，锁相放大电路以及显示屏通电，单片机对输出的开关驱动信号进行SPWM调制，将红外光源接入功率开关管回路，用SPWM信号驱动功率开关管，通过功率开关管对红外光源进行电子调制，经过电子调制后红外光强呈周期性变化，经过滤光片滤光后，得到特定频率波长的光谱；经过调制后的红外光源可输出频率为2500HZ-3500HZ。

（3）所得到的特定频率波长的光谱通过光源入射口进入到光声池内，光声池内的待检测气体受到窄带光脉冲照射，气体分子按其特征吸收频率吸收光辐射，气体吸收能量与其浓度成比例关系，并将吸收能量部分转化为热能，气体根据入射光脉冲被周期性加热，气体温度的周期性波动导致压力波动；光声池的谐振频率为2800HZ-3000HZ。

（4）周期性压力波动通过微音器进行检测，微音器将声能变换成电信号，电信号通过锁相放大电路提高信噪比后将信号传给单片机，单片机经过分析和计算后得到检测气体的浓度值，最后通过显示屏显示。

本发明所具有的有益效果是：

1、运用光声光谱法分析SF6分解产物含量，避免了电化学方法存在的交叉干扰和电极“中毒”问题，提高了检测的准确度，降低了成本。