CN109211799A - 980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法 - Google Patents

980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法 Download PDF

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张洪达
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Abstract

980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，属于光电技术检测技术领域。本发明是为了解决测量SF6气体中SO2气体浓度的精度低的问题。本发明先测量环境中混合气体的偏振光位相A1；再测量待检测的SF6气体的偏振光位相A2；利用线偏振光位相A1和偏振光位相A2，计算获得待测气体相对空气折射率，根据获得的待测气体相对空气折射率，获得待测气体浓度。本发明适用于测量SF6气体中SO2气体的浓度。

Description

980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的 方法
技术领域
本发明属于光电技术检测技术领域。
背景技术
六氟化硫(SF6)具有优良的绝缘灭弧性能，作为绝缘介质既可以减小设备尺寸，又能提高绝缘强度，广泛应用于组合绝缘电器(GIS)、断路器(GCB)、变压器(GIT)、电缆(GIC)、输电管道(GIL)等输变电设备中。
纯净的SF6是无色、无毒、无味、不燃的惰性气体，在温度为150℃及以下时不易与其它物质发生化学反应，正常运行时分解产物极少或不分解。当SF6设备中发生绝缘隐患或故障时，无论是局部放电、电晕、火花放电或是电弧放电，都必然会引起能量释放，这些能量会使SF6气体发生分解反应，同时也会使固体绝缘件发生劣化反应，生成H2S、CO2、SO2、HF、SOF2等多种小分子杂质气体。这些杂质气体会加速GIS内绝缘的老化和金属材料表面的腐蚀，加重局部放电程度，严重时还会导致GIS发生突发性绝缘故障。因此对SF6气体中杂质气体含量的测定是极其重要的，尤其是SF6气体中SO2(二氧化硫)含量的测定。
目前国内外均有大量商业化的SF6检测器，归纳起来主要有4种测量方法：
高压击穿法、色谱法、离子移动度计和红外光吸收谱法。
高压击穿法主要是根据待测SF6击穿电压的变化来进行定性测量，并不能定量给出SF6气体中杂质气体浓度，而且不能实时在线监测。
色谱法：色谱法被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定。一般由真空系统、进样系统、离子源、检测器和计算机控制等部分组成。优点是测量精度和灵敏度较高。缺点是设备昂贵，且不能实时在线监测。
离子移动度计法：它是通过对设备中SF6气体总体杂质含量的测量，来反映设备中SF6气体的优劣程度。优点：测量成分多，精度较高。缺点：易受实验环境条件影响，不能实时监测。
发明内容
本发明的目的是为了解决测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的精度低的问题，提出了一种980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法。
本发明所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，该方法的具体步骤包括：
步骤一、向样品池3中充入环境中的空气，采用980nm激光器1发射激光，所述激光通过偏振片2后，经样品池3入射至偏振检测器4，偏振检测器4获得出射线偏振光位相A1；
步骤二、向样品池3中充入待检测的SF6气体，采用980nm激光器1发射激光，所述激光通过偏振片2后，经样品池3入射至偏振检测器4，偏振检测器4获得出射线偏振光位相A2；
步骤三、利用步骤一获得的出射线偏振光位相A1和步骤二获得的出射线偏振光位相A2，计算获得待测气体相对空气折射率，根据获得的待测气体相对空气折射率，获得待测气体中SO2气体的浓度。
进一步地，980nm激光器1发出的激光为平行光。
进一步地，样品池3为两端密封的圆筒结构。
进一步地，样品池3的两端为透明材料板。
进一步地，样品池3的内径为30mm，长度为40mm。
进一步地，步骤三中利用步骤一获得的出射线偏振光位相A1和步骤二获得的出射线偏振光位相A2，计算获得待测气体相对空气折射率的具体方法为：
利用公式：
△A＝A2-A1＝L△n
计算待测气体相对空气折射率变化量Δn，其中，ΔA表示位相变化，L表示样品池长度。
进一步地，步骤三根据获得的待测气体相对空气折射率，获得待测气体中SO2气体的浓度的具体方法为：利用待测气体相对空气折射率变化量Δn通过公式：
△n＝K△N
计算获得待测气体浓度变化量ΔN，K为定标系数。
本发明所述的测量SF6气体中SO2浓度的方法，首先获得环境中的空气的光谱和SF6混合气体中不同浓度的SO2气体的光谱，然后依据光的位相变化最终获得待测SF6混合气体中SO2气体的浓度，该方法采用了980nm波段激光器作为光源，探寻了980nm波段激光在SO2气体不同浓度下的折射率变化与相位的关系，该方法采用相位变化来计算SO2气体浓度的变化，与现有的采用频率变化来计算气体浓度变化的方法相比，准确度更高，且受环境影响更小。
附图说明
图1是本发明所述980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度所用装置示意图；
图2是本发明所述980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，该方法的具体步骤包括：
步骤一、向样品池3中充入环境中的空气，采用980nm激光器1发射激光，所述激光通过偏振片2后，经样品池3入射至偏振检测器4，偏振检测器4获得出射线偏振光位相A1；
步骤二、向样品池3中充入待检测的SF6气体，采用980nm激光器1发射激光，所述激光通过偏振片2后，经样品池3入射至偏振检测器4，偏振检测器4获得出射线偏振光位相A2；
步骤三、利用步骤一获得的出射线偏振光位相A1和步骤二获得的出射线偏振光位相A2，计算获得待测气体相对空气折射率，根据获得的待测气体相对空气折射率，获得待测气体中SO2气体的浓度。
本实施方式在样品池3内充入测量环境空气或待检测气体后的气压为常压。
具体实施方式二：本实施方式是对实施方式一所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法作进一步说明，980nm激光器发出的激光为平行光。
具体实施方式三：本实施方式是对实施方式一所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法作进一步说明，样品池3为两端密封的圆筒结构。
具体实施方式四：本实施方式是对实施方式三所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法作进一步说明，样品池3的两端为透明材料板。
本实施方式的样品池3为两端密封的圆筒状结构。为了让激光通过，至少样品池3的两端应为透明材料制成。其他部分可以采用不透光的材料，也可以采用透明材料。
具体实施方式五：本实施方式是对实施方式三所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法作进一步说明，样品池3的内径为30mm，长度为40mm。
具体实施方式六：本实施方式是对实施方式一所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法作进一步说明，步骤三中利用步骤一获得的出射线偏振光位相A1和步骤二获得的出射线偏振光位相A2，计算获得待测气体相对空气折射率的具体方法为：
利用公式：
△A＝A2-A1＝L△n
计算待测气体相对空气折射率变化量Δn，其中，ΔA表示位相变化，为第二次出射线偏振光相位与第一次出射线偏振光相位之差，即为A2-A1，L表示样品池3的长度。
具体实施方式七：本实施方式是对实施方式一所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法作进一步说明，步骤三中根据获得的待测气体相对空气折射率，获得待测气体浓度的具体方法为：利用待测气体相对空气折射率变化量Δn通过公式：
△n＝K△N
计算获得待测气体浓度变化量ΔN，K为定标系数，所述标定系数K为利用含有已知SO2浓度的混合气体与测量环境空气定标的，根据气体浓度变化与折射率变化呈线性关系而得到定标系数K；
本发明通过两次测量相位的变化，求取SO2浓度造成的折射率的变化，通过折射率的变化，根据预先标定的系数，获得气体浓度变化量。利用位相测量，使得测量结果能够不受光强波动影响，更加精确。

Claims (7)

1.980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，其特征在于，该方法的具体步骤包括：
步骤一、向样品池(3)中充入环境中的空气，采用980nm激光器(1)发射激光，所述激光通过偏振片(2)后，经样品池(3)入射至偏振检测器(4)，偏振检测器(4)获得出射线偏振光位相A1；
步骤二、向样品池(3)中充入待检测的SF6气体，采用980nm激光器(1)发射激光，所述激光通过偏振片(2)后，经样品池(3)入射至偏振检测器(4)，偏振检测器(4)获得出射线偏振光位相A2；
步骤三、利用步骤一获得的出射线偏振光位相A1和步骤二获得的出射线偏振光位相A2，计算获得待测气体相对空气折射率，根据获得的待测气体相对空气折射率，获得待测气体中SO2气体的浓度。
2.根据权利要求1所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，其特征在于，980nm激光器(1)发出的激光为平行光。
3.根据权利要求1所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，其特征在于，样品池(3)为两端密封的圆筒结构。
4.根据权利要求3所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，其特征在于，样品池(3)的两端为透明材料板。
5.根据权利要求3所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，其特征在于，样品池(3)的内径为30mm，长度为40mm。
6.根据权利要求1所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，其特征在于，步骤三中利用步骤一获得的出射线偏振光位相A1和步骤二获得的出射线偏振光位相A2，计算获得待测气体相对空气折射率的具体方法为：
利用公式：
△A＝A2-A1＝L△n
计算待测气体相对空气折射率变化量Δn，其中，ΔA表示位相变化，L表示样品池长度。
7.根据权利要求1所述的980nm波段激光测量六氟化硫气体中二氧化硫气体浓度的方法，其特征在于，步骤三根据获得的待测气体相对空气折射率，获得待测气体中二氧化硫气体的浓度的具体方法为：利用待测气体相对空气折射率变化量Δn通过公式：
△n＝K△N
计算获得待测气体浓度变化量ΔN，K为定标系数。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1860360A (zh) * 2003-09-29 2006-11-08 三菱重工业株式会社 气体浓度通量测量装置
CN101046451A (zh) * 2007-04-19 2007-10-03 山东科技大学 全光纤干涉式甲烷检测的方法和设备
CN101968441A (zh) * 2010-09-15 2011-02-09 山东大学 一种基于光纤干涉仪的新型气体检测系统
CN105203499A (zh) * 2015-09-18 2015-12-30 国家电网公司 一种sf6气体成分在线实时监测的装置及方法
CN106885785A (zh) * 2017-01-03 2017-06-23 黑龙江工程学院 测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置及方法
CN107209113A (zh) * 2014-12-02 2017-09-26 奎鲁迈奇克有限公司 光谱装置和方法
CN107843576A (zh) * 2017-10-30 2018-03-27 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 用于测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置及其测量方法
CN107976403A (zh) * 2017-11-13 2018-05-01 清华大学 一种实时在线监测烟气中so3气体浓度的装置及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1860360A (zh) * 2003-09-29 2006-11-08 三菱重工业株式会社 气体浓度通量测量装置
CN101046451A (zh) * 2007-04-19 2007-10-03 山东科技大学 全光纤干涉式甲烷检测的方法和设备
CN101968441A (zh) * 2010-09-15 2011-02-09 山东大学 一种基于光纤干涉仪的新型气体检测系统
CN107209113A (zh) * 2014-12-02 2017-09-26 奎鲁迈奇克有限公司 光谱装置和方法
CN105203499A (zh) * 2015-09-18 2015-12-30 国家电网公司 一种sf6气体成分在线实时监测的装置及方法
CN106885785A (zh) * 2017-01-03 2017-06-23 黑龙江工程学院 测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置及方法
CN107843576A (zh) * 2017-10-30 2018-03-27 国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院 用于测量六氟化硫分解气体中二氧化硫浓度的装置及其测量方法
CN107976403A (zh) * 2017-11-13 2018-05-01 清华大学 一种实时在线监测烟气中so3气体浓度的装置及方法

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