CN114002176A - 一种基于紫外吸收光谱的sf6分解组分气体检测装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，包括紫外光源，产生紫外光；准直模块，将紫外光传输并准直后射入第一气体池、第二气体池和第三气体池；第一气体池、第二气体池和第三气体池内部设有反射镜，且接入SF6分解组分气体，通过反射镜将池内紫外光多次反射，反射过程中，池中的SF6分解组分气体吸收相应的紫外光谱，引起出射紫外光光谱的变化；聚焦模块，将气体池出射的紫外光进行聚焦后传输至光谱仪；光谱仪，将接收的紫外光信号转换为电信号并放大；处理模块，分析光谱仪输出的电信号，得到SF6分解组分气体的浓度信息。本发明便于控制，能够实现测量的同时性并保证其准确性，经济成本低廉，极具发展潜力。
Description
技术领域
本发明属于气体检测技术领域，涉及一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置。
背景技术
SF6气体具有优良的绝缘和灭弧性能，已被广泛地应用于气体绝缘设备中。然而，SF6气体绝缘设备在制造、运输、安装、检修和运行等过程中，内部不可避免地会出现各种绝缘缺陷，进而产生局部放电(PD)。
当SF6设备中发生PD时，在电场能作用下，SF6气体会发生分解反应，生成如SO2和CS2等气体。因此，可以通过检测SF6发生PD时分解组分及其含量变化规律来对SF6设备进行绝缘监测和故障诊断。
紫外光谱法具有高灵敏度、高分辨率、检测速度快、装置成本低廉、便于集成等优点，且能够满足现场复杂的检测要求等优点，十分适用于SF6设备的带电检测。
但是，由于实际现场测试环境复杂以及储存SF6气体的电力设备发生故障时不同部位产生的分解组分气体的种类和含量不同，能够做到监测同时性，精确性是十分往往是技术的难题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，包括紫外光源、准直模块、第一气体池、第二气体池、第三气体池、聚焦模块、光谱仪和处理模块；
所述紫外光源，用于产生检测用紫外光；
所述准直模块，用于将紫外光传输并准直后射入第一气体池、第二气体池和第三气体池；
所述第一气体池、第二气体池和第三气体池内部均设有反射镜，且均接入SF6分解组分气体，用于通过反射镜将池内紫外光多次反射，反射过程中，池中的SF6分解组分气体吸收相应的紫外光谱，引起出射紫外光光谱的变化；
所述聚焦模块，用于分别将第一气体池、第二气体池和第三气体池出射的紫外光进行聚焦后传输至光谱仪；
所述光谱仪，用于将接收的紫外光信号转换为电信号并放大；
所述处理模块，用于分析光谱仪输出的电信号，基于比尔郎伯定律，得到SF6分解组分气体的浓度信息。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，所述紫外光源采用氘灯光源，所产生检测用紫外光的波长与检测气体的种类相对应。
优选地，所述准直模块包括光纤和三个准直镜；
所述准直镜分别设于第一气体池、第二气体池和第三气体池的进光口；
所述光纤，用于将紫外光源产生的检测用紫外光分别传输至三个准直镜；
所述准直镜将接收的紫外光准直后输入至其相应的气体池。
优选地，所述准直镜为SMA905准直镜。
优选地，所述第一气体池、第二气体池和第三气体池采用相同结构，且其内部的反射镜安装位置和数量、尺寸比例均相等。
优选地，所述聚焦模块包括三个聚焦镜和光纤；
所述三个聚焦镜分别设于第一气体池、第二气体池和第三气体池的出光口，用于将相应出光口射出的紫外光聚焦；
所述光纤，用于将聚焦镜聚焦后的紫外光传输至光谱仪。
优选地，所述聚焦镜为SMA905聚焦镜。
优选地，所述处理模块中，分析光谱仪输出的电信号，分别得到第一气体池、第二气体池和第三气体池中紫外光被吸收的光谱；
根据比尔郎伯定律，结合第一气体池、第二气体池和第三气体池中的光程，得到相应的待测气体浓度，将得到的待测气体浓度加权平均，输出最终的待测气体浓度。
优选地，所述处理模块为计算机，其与光谱仪通过USB数据线连接。
优选地，所述SF6分解组分气体包括SO2和CS2。
本申请所达到的有益效果：
本发明基于紫外吸收光谱原理，采用同时测量三气体池的信号值并求其加权均值的方式，在SF6背景气体下检测其分解产物浓度，本发明考虑到现场的复杂环境，能够做到监测的同时性和检测的精确性，便于控制，能够实现测量的同时性并保证其准确性，经济成本低廉，极具发展潜力。
附图说明
图1是一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置结构图；
其中，附图标记含义为：1-紫外光源、2-光纤、3-第一气体池、4-光谱仪、5-USB数据线、6-计算机、7-准直镜、8-聚焦镜、9-反射镜、10-第二气体池、11-第三气体池。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，包括紫外光源1、准直模块、第一气体池3、第二气体池10、第三气体池11、聚焦模块、光谱仪4和处理模块；
具体实施时，紫外光源1采用市面中尺寸最小的氘灯光源，长×宽×高尺寸越为103×50×40(mm)，发光波段为185～400nm，涵盖了检测所需的紫外波段，工作时间寿命不小于4000小时，且光源输出稳定性高，输出的紫外光强误差不大于1.5％CV，非常适用合做便携式光谱分析仪的紫外光源。
光谱仪4选用高灵敏度光纤光谱仪，它在紫外波段具有良好的动态响应，可快速准确的反映光学信号的变化情况。光纤光谱仪并有内置的热电制冷器，可有效的降低探测器自身的暗噪声，具有极佳的信噪比；通过改变狭缝尺寸，其光学分辨率最低可调至0.035nm。光纤光谱仪并有内置的热电制冷器，可有效的降低CCD探测器自身的暗噪声，具有极佳的信噪比，其外形尺寸仅为182×110×47(mm)。
采用的气体池，采用多次反射的方式，在减小气体池外形尺寸的同时尽量提高气体吸收光程的长度。气体池内部光程长设置为0.8m，为减少紫外光在反射过程中的损耗，在池内的凹面反射镜内侧均镀有高反射率的铝膜，且表面经过耐腐蚀性处理，可适合用于对不同种类气体的测量。
所述紫外光源1，用于产生检测用紫外光；
具体实施时，所述紫外光源1所产生检测用紫外光的波长与检测气体的种类相对应。
例如测SO2和CS2时，应选择能产生光谱为190-400nm的紫外光，该两种气体在对该光谱范围的紫外光吸收较好。
所述准直模块，用于将紫外光传输并准直后射入第一气体池3、第二气体池10和第三气体池11；
所述准直模块包括光纤2和三个准直镜7；
所述准直镜7分别设于第一气体池3、第二气体池10和第三气体池11的进光口；
所述光纤2，用于将紫外光源1产生的检测用紫外光分别传输至三个准直镜7；
所述准直镜7将接收的紫外光准直后输入至其相应的气体池。
所述准直镜7为SMA905准直镜7。
所述第一气体池3、第二气体池10和第三气体池11内部均设有反射镜9，且均接入SF6分解组分气体，用于通过反射镜9将池内紫外光多次反射，让紫外光在气体池中光程增加，反射过程中，池中的SF6分解组分气体充分吸收相应的紫外光谱，引起出射紫外光光谱的变化；
所述SF6分解组分气体包括SO2和CS2。
所述第一气体池3、第二气体池10和第三气体池11采用相同结构，且其内部的反射镜9安装位置和数量、尺寸比例均相等，以控制紫外光流过三个气体池的产生的信号误差。
所述聚焦模块，用于分别将第一气体池3、第二气体池10和第三气体池11出射的紫外光进行聚焦后传输至光谱仪4；
所述聚焦模块包括三个聚焦镜8和光纤2；
所述三个聚焦镜8分别设于第一气体池3、第二气体池10和第三气体池11的出光口，用于将相应出光口射出的紫外光聚焦；
所述光纤2，用于将聚焦镜8聚焦后的紫外光传输至光谱仪4。
所述聚焦镜8为SMA905聚焦镜8。
所述光谱仪4，用于将接收的紫外光信号转换为电信号并放大；
所述处理模块，用于分析光谱仪4输出的电信号，基于比尔郎伯定律，得到SF6分解组分气体的浓度信息，具体为：
分析光谱仪4输出的电信号，分别得到第一气体池3、第二气体池10和第三气体池11中紫外光被吸收的光谱；
根据比尔郎伯定律，结合第一气体池3、第二气体池10和第三气体池11中的光程，得到相应的待测气体浓度，将得到的待测气体浓度加权平均，输出最终的待测气体浓度。
例如：当检测气体池中SO2浓度时，采用其对应波长的紫外光，经过三个气体池反射并吸收光谱后，聚焦并传输至光谱仪，光谱仪将得到的三个相应的紫外光信号转换为电信号并放大，输入至处理模块，得到相应的紫外光被吸收的光谱；
根据比尔郎伯定律，气体池吸收光谱的程度与光程和气体浓度有关，因此，根据比尔郎伯定律，紫外光被吸收的光谱结合三个气体池中的光程，得到相应的SO2浓度后加权平均，输出最终的SO2浓度。
即可实现根据气体池吸收光谱的程度得到SF6分解组分气体的浓度信息。
所述处理模块为计算机6，其与光谱仪4通过USB数据线5连接。
采用本发明基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置在进行电力设备SF6分解组分气体的监测时，具体步骤为：
步骤1：打开第一气体池，第二气体池，第三气体池的进气口，接入设备的分解组分气体，将其通过气管进入这三个气体池；
步骤2：打开紫外光源，产生一定波长的紫外光(波长应与检测气体的种类相对应)；
步骤3：产生的紫外光通过光纤并通过SMA905准直镜校准后，紫外光流进第一气体池，第二气体池，第三气体池；
步骤4：第一气体池，第二气体池，第三气体池中，通过池的反射镜多次反射，增加紫外光在气体池中光程，使池中的待测气体把相应的紫外光谱充分吸收，引起出射紫外光光谱的变化；
步骤5：第一气体池，第二气体池，第三气体池出射的紫外光分别经过聚焦镜聚焦后，通过光纤传输至光谱仪；
步骤6：光谱仪将紫外光信号转换为电信号并放大，电信号传入计算机，计算机分析光谱仪输出的电信号，基于比尔郎伯定律，得到有关待测气体的浓度信息。
本发明基于紫外吸收光谱原理，采用同时测量三气体池的信号值并求其权值的方式，在SF6背景气体下检测其分解产物SO2和CS2混合气体，本发明考虑到现场的复杂环境，能够做到监测的同时性和检测的精确性，便于控制，能够实现测量的同时性并保证其准确性，经济成本低廉，极具发展潜力。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，包括紫外光源、准直模块、第一气体池、第二气体池、第三气体池、聚焦模块、光谱仪和处理模块，其特征在于：
所述紫外光源，用于产生检测用紫外光；
所述准直模块，用于将紫外光传输并准直后射入第一气体池、第二气体池和第三气体池；
所述第一气体池、第二气体池和第三气体池内部均设有反射镜，且均接入SF6分解组分气体，用于通过反射镜将池内紫外光多次反射，反射过程中，池中的SF6分解组分气体吸收相应的紫外光谱，引起出射紫外光光谱的变化；
所述聚焦模块，用于分别将第一气体池、第二气体池和第三气体池出射的紫外光进行聚焦后传输至光谱仪；
所述光谱仪，用于将接收的紫外光信号转换为电信号并放大；
所述处理模块，用于分析光谱仪输出的电信号，基于比尔郎伯定律，得到SF6分解组分气体的浓度信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，其特征在于：
所述紫外光源采用氘灯光源，所产生检测用紫外光的波长与检测气体的种类相对应。
3.根据权利要求1所述的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，其特征在于：
所述准直模块包括光纤和三个准直镜；
所述准直镜分别设于第一气体池、第二气体池和第三气体池的进光口；
所述光纤，用于将紫外光源产生的检测用紫外光分别传输至三个准直镜；
所述准直镜将接收的紫外光准直后输入至其相应的气体池。
4.根据权利要求3所述的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，其特征在于：
所述准直镜为SMA905准直镜。
5.根据权利要求1所述的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，其特征在于：
所述第一气体池、第二气体池和第三气体池采用相同结构，且其内部的反射镜安装位置和数量、尺寸比例均相等。
6.根据权利要求1所述的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，其特征在于：
所述聚焦模块包括三个聚焦镜和光纤；
所述三个聚焦镜分别设于第一气体池、第二气体池和第三气体池的出光口，用于将相应出光口射出的紫外光聚焦；
所述光纤，用于将聚焦镜聚焦后的紫外光传输至光谱仪。
7.根据权利要求6所述的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，其特征在于：
所述聚焦镜为SMA905聚焦镜。
8.根据权利要求1所述的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，其特征在于：
所述处理模块中，分析光谱仪输出的电信号，分别得到第一气体池、第二气体池和第三气体池中紫外光被吸收的光谱；
根据比尔郎伯定律，结合第一气体池、第二气体池和第三气体池中的光程，得到相应的待测气体浓度，将得到的待测气体浓度加权平均，输出最终的待测气体浓度。
9.根据权利要求1所述的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，其特征在于：
所述处理模块为计算机，其与光谱仪通过USB数据线连接。
10.根据权利要求1所述的一种基于紫外吸收光谱的SF6分解组分气体检测装置，其特征在于：
所述SF6分解组分气体包括SO2和CS2。
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