[发明专利]一种痕量六氟化硫气体检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测装置，尤其涉及一种痕量六氟化硫气体检测装置。

背景技术

SF6气体是一种无色无味的气体，因其具有很好的绝缘能力，主要作为绝缘和灭弧气体用于电力系统的断路器中。SF6气体的稳定性很强，不易参与化学循环，致使排放到环境中的SF6气体生命周期很长，造成长期的环境危害。SF6具有极强的温室效应，会对气候造成严重影响。在高压电弧产生时，可以发生分解反应，产生有毒或剧毒气体，危害人类健康。

随着电子行业、电力系统和制造业的快速发展，SF6气体需求和产量与日俱增，在生产、运输、使用和检测时产生的泄漏和排放的总量也越来越大，其温室效应越来越明显。对SF6气体浓度进行精确地检测是控制其排放的先决条件。由于SF6气体的化学特性稳定，难以用常规的检测方法对低浓度的SF6进行检测，急需一种能快速、高灵敏度的检测方法。

发明内容

本发明的目的是为了检测大气中的SF6，设计了一种痕量六氟化硫气体检测装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

痕量六氟化硫气体检测装置由光声腔、激光器与其驱动控制电路、声压传感器与其驱动电路、透镜组、温度控制部分、电磁阀和空气泵、信号处理部分构成。

所述的光声腔主要用于产生光声信号，光声腔的材料选用热传导系数较大的不锈钢，能使光声腔内部通过光声效应产生的热量尽快散失掉，同时，腔壁厚度为5mm，能有效避开外界噪声的干扰。

所述的传声器选择的是杭州爱华仪器有限公司生产的AWA14400电容传声器是一种精密的声学测量用声－电换能器，采用金属振膜和特种材料，并进行特殊的稳定性处理，具有频率范围宽、频率特性好、动态范围宽、动态特性好、温度和长时间稳定性好等优点。其中预极化电容传声器，由于不需要另加极化电压，驱动电路简单，使用更加广泛。

所述的激光源选择南京晨锐达激光设备有限公司的射频CO2激光器，型号为CR12，峰值波长为10.57—10.64μm，采用风冷方式。供电电流为10A，电压为30V，输出功率是15.5W。采用4台12V轴流风扇进行冷却。

所述的系统的换气功能由电磁阀、气泵和软管完成。

本发明的有益效果是：

本试验应用光声光谱法检测痕量SF6气体的含量，通过对试验结果的分析可以发现，检测幅值随着SF6浓度的增加，总体成线性增加，证明了此检测方法的可行性，且灵敏度较高，反应速度快。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是系统结构框图。

图2是光声腔。

其中，1-光声腔，2-进气孔，3-扩束镜，4-上反射板，5-微音器，6-排气孔，7-下反射板。

具体实施方式

如图1所示，痕量六氟化硫气体检测装置由产生光声信号的主体装置光声腔1、产生单色光的激光器与其驱动控制电路、声压传感器与其驱动电路、对激光束进行扩束的透镜组、温度控制部分、用于气体交换和搅拌的电磁阀和空气泵、信号处理部分构成。光声光谱技术的基本原理是光声效应。气体分子对特定波段的光具有较强的吸收作用，即当一定频率的光照射气体分子时，分子会吸收光子，能量增加，由基态跃迁至激发态。每一种气体都有固有的吸收光谱，且其吸收强度与该气体的浓度有关。激光器发出的光线进入光声腔1，腔内的待测SF6气体分子吸收特定波长的入射光后，由基态跃迁至激发态。处于激发态的分子与处于基态的分子相碰撞，吸收的光能通过无辐射弛豫过程转变为碰撞分子之间的动能，总体表现为气体温度的升高。在气体体积不变的条件下，温度升高，气体压力会增大。如果对光源进行频率调制，气体温度便会呈现出与调制频率相同的周期性变化，进而导致压强周期性变化，即产生光声信号，并由安装在光声腔1上的微音器5检测并转换成电信号，供外电路检测处理。可见，光声信号的产生和检测是一个光、热、声、电的能量转换过程。光声技术就是利用光吸收和声激发之间的对应关系，通过对声音信号的检测而得到光吸收的情况。光吸收激发的声波的频率由调制频率决定，其强度只与可吸收该窄带光谱的SF6气体的体积分数有关。因此，建立声波强度与气体体积分数的定量关系，就可以准确计量气室中气体的体积分数。利用光声光谱技术测得的结果反映的是样品吸收光能的大小，因而光的反射和散射等对测量干扰很小尤其在对弱吸收样品以及低体积分数样品的测量中，尽管其吸收很弱，但不需要与入射光强进行比较，因而仍然可以获得很高的灵敏度。

如图2所示，由调制电路产生的与光声腔1匹配的调制信号驱动激光器，使之发出相应的激光束，进入扩束镜3。扩束镜3将激光进行扩束，激光以一定的发散角射到下反射板上。光声腔1半径500mm，长为1000mm，大的腔体使得入射光经上、下反射板7多次反射不断进行发散，增加光程，扩大激光和被测气体的接触，大大提高了吸收率。同时，避免激光使设备局部发生过热甚至烧蚀等现象，改善光声效应。内部抛光，可以增强入射光的反射，减少激光在腔壁的损耗，减小对气体的吸附和解吸，减少声波在内壁附近的粘滞损耗。被测气体是从进气孔2导入，待检测结束后，经由排气孔6导出。微音器5安装在光声腔1的中部，此处声压信号稳定，能检测到比较好的声波信号。微音器5安装在向外突出的细管内，可以避免其和激光接触，从而保证了微音器5的安全。