[发明专利]六氟化硫分解产物检测的一维纵向谐振腔的声传输线模型

说明书

技术领域

本发明涉及六氟化硫分解产物检测技术领域，特别是一种六氟化硫分解产物检测的一维纵向谐振腔的声传输线模型。

背景技术

与传统的SF₆局部放电分解组分检测法相比，光声光谱法具有检测灵敏度高、检测范围宽、不需要消耗被测气体和载气、特别适用于在线监测等优点。特别是与红外吸收光谱法相比，二者虽有很多相同的优点。

但是光声光谱法所需的气体池比红外光谱法的气体池要小得多，另外对于红外吸收光谱法，受气体池长度的限制，必须选择在较强的特征吸收谱线处进行检测，才能达到灵敏度要求，故有时不得不在气体特征吸收谱线的重叠部分检测。

而在光声光谱检测系统中，光声池是光声转换的场所，其性能决定了系统检测灵敏度。在光声检测系统中，光声池的性能是决定检测灵敏度的关键因素之一。一般光声腔分为非谐振式和谐振式，非谐振式光声腔将气体密封在腔室中，腔内声压分布与空间位置无关，同一时刻各处压力相等，此类光声腔需要密封并且灵敏度较低。

光声池在光声检测系统中起着决定性作用，研究用于检测SF₆分解组分的光声装置，其中一个重要内容就是设计和制作符合实际要求的光声池。为进一步了解光声池内的声场分布情况，以及光声池结构和环境因素对光声信号的影响，需要建立数学模型进行仿真模拟，这对设计光声池具有十分重要的指导意义。

为了解决上述出现的技术问题，本申请提出一种六氟化硫分解产物检测的一维纵向谐振腔的声传输线模型。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种六氟化硫分解产物检测的一维纵向谐振腔的声传输线模型，能够结合光声池的有限元分析，对原有声传输线理论进行简化，建立了针对一维纵向光声腔的LC振荡电路传输线模型。可以快速、直观地对光声腔的声学参数进行分析，为光声池的设计和制作提供理论指导。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种六氟化硫分解产物检测的一维纵向谐振腔的声传输线模型，它包括有：所述模型建立步骤如下：

S1：进行光声池的有限元模拟；

S2：建立光声信号的声传输线模型；

S3：建立一维纵向光声腔的振荡电路模型；

S4：对声传输线模型和振荡电路模型进行分析和处理。

进一步，所述步骤S1中的有限元模拟步骤如下：

S11：对谐振腔长度经行修正，修正后的谐振腔长度为：

L_eff＝L_c/π；

S12：调制频率为光声腔的谐振频率，ω＝πυ/2L_eff；

S13：假定入射光束的光强均匀分布，则光强为：

S14：对SF₆分解组分进行检测；

S15：计算室温下光声腔内的声波速度：

其中，R_c为光声腔直径、L_c为光声腔长度，R_b为两端缓冲区的直径、L_b为两端缓冲区的长度；W为光功率，S为光照面积；ρ₀为气体密度，γ为热容比，M为气体摩尔质量，η为粘滞系数，K为导热率，C_p为定压摩尔热容。

进一步，所述步骤S2中的光声信号的声传输线模型建立步骤如下：

S21：建立一维纵向无损光声腔的声学方程：

S22：将声学方程转换为二端口电网络中电压和电流的关系式：

S23：引入声传输线模型，用声压p和气流速度u分别取代电压U和电流I；

S24：假定整个光声腔内光吸收是均匀的，把光声腔分为无数段，则每段的电流源I₀可表示为：

考虑到非理想因素，引入粘性边界层d_v和热边界层d_h：

其中，p是腔内声压，ρ是气体密度；γ是气体热容比，u是腔内气体流动速度，S是光声腔截面半径，ν是声速，H是热功率密度；L*是传输线单位长度的电感；C*是传输线单位长度的电容；μ是介质的动力粘度；κ是介质的导热系数；C_p是气体的等压绝热系数。

进一步，所述步骤S3中建立一维纵向光声腔的振荡电路模型步骤如下：

S31：根据步骤S2建立的声传输线模型定义振荡电路模型变量：