CN101609043A - 一种六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法 - Google Patents

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苏伟达
蔡声镇
吴允平
卢宇
吴进营
李汪彪
关健
陈锦凯
吴燕
林霞
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Abstract

本发明涉及一种六氟化硫浓度的双光路激光测量方法。装置由CO2激光器、原始功率测量光强探测器、空气输送泵、SF6气体浓度测量光强探测器、气体分析室、光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A构成，光束通过光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A将器件相连。测量时，激光光束，经过光学全反射镜片器B全反射后，进入光学半波镜片器，半波镜片器将激光器射出的光束分为两束，一束到达原始功率测量光强探测器，作为激光器发射的原始功率测量，另一束到达SF6气体浓度测量光强探测器，作为SF6气体浓度测量。采用本发明装置，结构简单，消除了激光器输出的光谱功率变化对测量精度的影响。

Description

一种六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及一种电力及环保领域气体含量测量方法，具体说是涉及一种六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法。
背景技术
SF6气体化学性质稳定，是一种高电气强度的气体绝缘介质，具有很好的灭弧和绝缘性能，故被广泛地应用在高压变电站的电力设备中，如SF6高压断路器、SF6封闭组合电器(GIS)等。当GIS设备内的SF6气体发生泄漏，将使SF6气体的浓度和压力降低，导致其灭弧和绝缘能力降低，设备的安全运行得不到保证，严重时将产生重大供电事故。此外，SF6气体无色、无味，人的感官无法识别，而且其比重比空气大，一旦泄漏将排斥空气并沉积在室内地表上方，对进入开关室工作人员的人身安全造成很大威胁。我国《电业安全工作规程》特别规定，在相关场所必须安装O2和SF6检测报警装置。
目前用于SF6气体泄露检测的方法主要有：(1)负电晕放电探测法；(2)紫外线电离法；(3)声波检测法；(4)红外成像检测法；(5)光谱吸收检测法。其中光谱吸收检测法测量范围宽、精度高、稳定性好、灵敏度高、成本较红外成像检测法低，适合于大范围的在线实时检测。实用新型专利(ZL200620034423.6)发明了六氟化硫智能环境监控系统及其六氟化硫气体激光探测器，提出了一种SF6气体激光探测器，包括激光管、采样室、采样通道、光电传感器；专利(申请号：200410103239.8)公开了一种六氟化硫(SF6)气体检测方法，通过红外光源照射样品池，在被测处的另一边设有光电探测器，通过光电探测器给出红外光谱强度的变化量，即可获得被测处SF6的含量状况。总体来看，上述发明均采用了一个激光(红外)光源，一个探测器，利用SF6气体对特定光谱的吸收特性服从朗伯-比尔(Lambert-Beer)，以获取其含量。但由于普通激光器输出的光谱功率稳定性差，难以进一步提高设备的测量精度及稳定性。专利(申请号：200610040630.7)公开了一种基于激光光谱法的高灵敏SF6大范围监测仪，安装有一个电机驱动的斩波器，斩波器为一表面镀有金属膜的转盘，转盘上有缺口，激光光束经转盘上金属膜反射到达其中一个光强探测器，激光光束经转盘上缺口到达另一个光强探测器。虽然采用了两个光强探测器以提高测量精度，但监测仪的构造较复杂。因此，针对结构简单、测量精度高的SF6气体浓度测量方法为主的研发，实现开关室环境的实时监测，对于保障SF6设备的安全运行乃至电网的正常运转具有十分重要意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种六氟化硫(SF6)浓度的双光路激光测量装置及测量方法，不需要复杂的结构，能进一步提高光谱吸收法的测量精度，克服了现有光谱吸收检测法存在的不足。
为达到上述目的，本发明的技术方案和措施是：
装置由CO2激光器、原始功率测量光强探测器、空气输送泵、SF6气体浓度测量光强探测器、气体分析室、光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A构成，CO2激光器发出的激光光束通过光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A将器件相连。测量时，CO2激光器发出的激光光束，经过光学全反射镜片器B全反射后，进入光学半波镜片器，半波镜片器将激光器射出的光束分为两束，一束到达原始功率测量光强探测器，作为激光器发射的原始功率测量，另一束到达SF6气体浓度测量光强探测器，作为SF6气体浓度测量。
所述的光学全反射镜片器B内有光学全反射镜片B，与CO2激光器发出的入射激光光束呈45°设置；
所述的光学全反射镜片器A内设有光学全反射镜片A，与入射激光光束呈45°设置；
所述的光学半波镜片器内有半波镜片，与入射激光光束呈45°设置。
所述的测量时，CO2激光器发出的激光光束，经过光学全反射镜片B全反射后，进入光学半波镜片器，设置于其中的半波镜片，将激光器射出的光束分为两束。一束到达第一个原始功率测量光强探测器，作为激光器发射的原始功率测量，另一束到达SF6气体浓度测量光强探测器，作为SF6气体浓度测量。通过空气输送泵让开关室内抽样的空气流过气体分析室，若空气中无SF6气体或由于激光器输出的光谱功率不稳定，第一个探测器输出的信号减去第二个光强探测器输出的信号为零；若空气中有SF6气体，第一个探测器输出的信号减去第二个光强探测器输出的信号不为零，从而实现SF6气体的高精度测量，消除了激光器输出的光谱功率变化的影响。
本发明的有益效果是：采用了光学半波镜片将激光器射出的光束分为两束，不需要复杂的结构；采用双光强探测器构差分信号输出，消除了激光器输出的光谱功率变化对测量精度的影响。具有结构简单，测量精度高，工作稳定可靠。
附图说明
图1是本发明所述的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图1，详细叙述本发明的具体结构和实施例。
图1中，1是CO2激光器，其波长为10.6um，功率为5W；2是原始功率测量光强探测器，主要是探测不含SF6气体的空气指标以及CO2激光器1输出的光谱功率实时值；3是空气输送泵，能够将开关室内抽样的空气送入气体分析室；4是SF6气体浓度测量光强探测器；5是气体分析室；6是光学全反射镜片器B；7是光学全反射镜片B，CO2激光器1发出的激光光束以45°的入射角经光学全反射镜片B进行全反射；8是光学半波镜片器；9是光学半波镜片；10是光学全反射镜片器A；11是光学全反射镜片A。CO2激光器1产生的光束经光学全反射镜片A11到达光学半波镜片9后分出两束光束，一束到达原始功率测量光强探测器2，另一束经光学全反射镜片B7经气体分析室5到达SF6气体浓度测量光强探测器4。
测量时，启动本装置，原始功率测量光强探测器2输出的探测空气指标与SF6气体浓度测量光强探测器4的输出探测指标相减，如果差值为“0”，说明开关室内空气不含SF6气体；如果差值不为“0”，说明开关室内空气含有SF6气体。为消除CO2激光器1输出的光谱功率变化的影响，原始功率测量光强探测器2可探测CO2激光器1输出的光谱功率实时值，将该实时值与SF6气体浓度测量光强探测器4实时值相减，进而排除了CO2激光器1输出的光谱功率不稳定的影响。

Claims (4)

1、一种六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法，其特征是：
装置由CO2激光器、原始功率测量光强探测器、空气输送泵、SF6气体浓度测量光强探测器、气体分析室、光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A构成，CO2激光器发出的激光光束通过光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A将器件相连；
测量时，CO2激光器发出的激光光束，经过光学全反射镜片器B全反射后，进入光学半波镜片器，半波镜片器将激光器射出的光束分为两束，一束到达原始功率测量光强探测器，作为激光器发射的原始功率测量，另一束到达SF6气体浓度测量光强探测器，作为SF6气体浓度测量。
2、按照权利要求1所述的六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法，其特征是所述的光学全反射镜片器B内有光学全反射镜片B，与CO2激光器发出的入射激光光束呈45°设置。
3、按照权利要求1所述的六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法，其特征是所述的光学全反射镜片器A内有光学全反射镜片A，与入射激光光束呈45°设置。
4、按照权利要求1所述的六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法，其特征是所述的光学半波镜片器内有半波镜片，与入射激光光束呈45°设置。
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CN102564714A (zh) * 2012-01-10 2012-07-11 广州科易光电技术有限公司 一种sf6的检测方法以及用于检测sf6的红外热像仪
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