[发明专利]一种用于SF6气体检测的分散光谱装置

说明书

本发明提供一种用于SF6气体检测的分散光谱装置，包括单波长调谐模块、控制器、频率转换模块、气体检测模块以及射频频谱分析仪，单波长调谐模块包括分布式反馈激光二极管、光纤放大器和高速电光调制器；控制器用于驱动分布式反馈激光二极管；频率转换模块包括光纤耦合器和光纤相位匹配机构；气体检测模块包括空心光纤、空心光纤气室、气泵、真空泵、压力表、透镜和中红外探测器；射频频谱分析仪用于检测相位信号。本发明基于Kramers‑Kronig关系的啁啾色散光谱技术，通过测量气体吸收率导致的折射率波动来测量气体的浓度，本发明利用高速电光调速器产生两个边带信号用来干涉，通过检测干涉信号反推相位进而实现对气体浓度的测量。

技术领域

本发明涉及电气设备绝缘气体在线监测与故障诊断技术领域，尤其涉及一种用于SF6气体检测的分散光谱装置。

背景技术

六氟化硫(SF6)作为一种理想的绝缘和灭弧气体被广泛的用于气体绝缘电力设备中。其通常应用于SF6断路器、六氟化硫封闭式组合电器(GIS)、SF6负荷开关设备、SF6绝缘输电管线、SF6变压器及SF6绝缘变电站，80％用于高中压电力设备。纯净的SF6化学性质稳定，其耐电强度为同一压力下氮气的2.5倍，击穿电压是空气的2.5倍，灭弧能力是空气的100倍，是一种优于空气和油之间的新一代超高压绝缘介质材料。但是在高压设备长期运行的过程中，由于镀银不均，脱落或者形成氧化层等制造工艺的问题，导致电力设备发生电弧放电、火花放电或者局部电晕，最终引起电力设备产生局部过热性故障，并使SF6气体发生分解，其分解物会与电力设备中的一些物质发生反应，会腐蚀绝缘材料，加速电力设备老化。因此，对于SF6气体及其分解物的浓度检测是高压设备故障诊断的重要方法之一。

现有技术中，SF6气体及其分解物的检测方法主要有气相色谱法、电化学传感法、气体传感法、离子色谱法和质谱法等，但是这些方法容易受到环境因素的影响，导致这些方法的稳定性差，检测灵敏度低。又由于不同气体之间存在交叉干扰，现有技术的检测方法都必须首先进行油气分离，是造成目前故障特征气体在线监测电力设备误差大、多误判和漏判的主要原因之一。

红外激光光谱技术是一种敏感的选择性技术，可以使用多通道腔增加检测路径的长度进一步改善最小检测极限(MDL)，灵敏度可以达到百万分之一(ppm)甚至十亿分之一(ppb)。但是，光路易漂移导致多通道腔需要精准的光学校准。

中空光纤是一种有效替代多通道腔的方法，其机械上稳定，易于对准并提供较高有效路径的气室，但在气体传感时，纤芯内会发生多模传播和表面散射，严重影响吸收光谱的性能。

因此，如何设计一种将红外激光光谱技术和中空光纤应用于SF6气体浓度的检测装置中，且该检测装置具有稳定性高、检测灵敏度高，不需要进行油气分离，并且不容易受到环境因素的影响，如不必要的光学特征中的光学条纹的影响，也不受系统总光功率波动的影响的优点，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种用于SF6气体检测的分散光谱装置，以解决现有技术中存在的稳定性差、检测灵敏度低以及检测之前需要进行油气分离的问题。

本发明提供一种用于SF6气体检测的分散光谱装置，所述分散光谱装置包括：

单波长调谐模块，所述单波长调谐模块包括分布式反馈激光二极管、光纤放大器和高速电光调制器，所述分布式反馈激光二极管通过接口连接所述光纤放大器，所述光纤放大器通过接口连接所述高速光调制器；

控制器，所述控制器用于驱动所述分布式反馈激光二极管，并改变所述分布式反馈激光二极管的波长；所述控制器通过USB连接分布式反馈激光二极管，并且能够通过改变温度和电流调整激光波长，从而达到检测不同气体浓度的目的；

频率转换模块，所述频率转换模块包括光纤耦合器和光纤相位匹配机构，所述光纤耦合器通过接口连接光纤相位匹配机构；