CN114002177A - 基于紫外光谱法的sf6分解产物检测系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，包括：第一紫外光源产生第一紫外光，经第一光纤准直模块后进入第一气体吸收池，在第一气体吸收池中经过多次反射后射出，经第一光纤聚焦模块聚焦后传输至紫外光谱仪，得到待测气体对应光谱；第二紫外光源产生第二紫外光，经第二光纤准直模块后进入第二气体吸收池，在第二气体吸收池中经过多次反射后射出，经第二光纤聚焦模块聚焦后传输至紫外光谱仪，得到对比气体对应光谱；处理模块分析光谱数据得到SF6分解产物浓度检测结果。本发明可实现SF6分解产物浓度在线检测，具有测量精度高，稳定性好，结构简单，集成度高和成本低等特点。
Description
技术领域
本发明属于气体检测技术领域，涉及基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统。
背景技术
SF6电气设备等电力装备内部异常气体的准确监测是开展设备故障诊断与状态评估工作的重要基础。当设备内部发生局部放电或者局部过热故障时，SF6气体可能发生分解而产生一些其他产物，当涉及到固体绝缘时，产物更加复杂。
因此，在SF6气体绝缘设备的在线监测和故障诊断的工作中，对特征分解组分以及可能产生的其他气体的检测就有着重大的意义和良好的工程应用价值。
紫外光谱法是一种间接的光谱测量方式，该技术设备高度集成化与便携化，方便在不同的环境下完成检测，不会受到温度、湿度、电磁干扰等环境因素的影响，检测速度快，灵敏度高。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，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。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，包括第一紫外光源、第二紫外光源、第一光纤准直模块、第二光纤准直模块、第一气体吸收池、第二气体吸收池、第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块、紫外光谱仪和处理模块；
所述第一紫外光源、第二紫外光源，用于产生检测用紫外光；
所述第一光纤准直模块、第二光纤准直模块，用于紫外光的传输与准直，将紫外光输入第一气体吸收池、第二气体吸收池；
所述第一气体吸收池、第二气体吸收池，分别输入待测气体和对比气体，用于反射输入的紫外光并在反射过程中吸收相应的紫外光谱；
所述待测气体为SF6分解产物气体；
所述第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块，用于第一气体吸收池、第二气体吸收池输出紫外光的聚焦与传输；
所述紫外光谱仪，用于紫外光的光谱获取；
所述处理模块，用于光谱数据的分析与处理；
其中，第一紫外光源产生第一紫外光，经第一光纤准直模块传输和准直后进入第一气体吸收池，第一紫外光在第一气体吸收池中经过多次反射并吸收相应的紫外光谱后射出，经第一光纤聚焦模块聚焦后传输至紫外光谱仪，得到待测气体对应光谱；
第二紫外光源产生第二紫外光，经第二光纤准直模块传输和准直后进入第二气体吸收池，第二紫外光在第二气体吸收池中经过多次反射并吸收相应的紫外光谱后射出，经第二光纤聚焦模块聚焦后传输至紫外光谱仪，得到对比气体对应光谱；
处理模块分析待测气体对应光谱和对比气体对应光谱，结合预先存储的气体紫外光吸收光谱的标准图谱，得到并输出SF6分解产物浓度检测结果。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，所述第一紫外光源、第二紫外光源分别设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的入光口侧，其产生的第一紫外光和第二紫外光相同。
优选地，所述第一光纤准直模块、第二光纤准直模块相同，且分别设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的入光口。
优选地，所述第一光纤准直模块、第二光纤准直模块均包括光纤和SMA905+准直镜，分别用于紫外光的传输与准直。
优选地，所述第一气体吸收池、第二气体吸收池结构相同，且内部均设有反射镜，通过反射镜将池内紫外光多次反射，反射过程中，池中的气体吸收相应的紫外光谱，引起出射紫外光光谱的变化；
第一气体吸收池、第二气体吸收池内部的反射镜，安装位置、数量和尺寸比例均相同。
优选地，所述第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块相同，其分别设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的出光口。
优选地，所述第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块均包括SMA905+聚焦镜透镜和光纤，分别用于紫外光的聚焦与传输。
优选地，所述紫外光谱仪设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的出光口侧，接收第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块聚焦到其光纤上的紫外光。
优选地，所述处理模块接收并分析待测气体对应光谱和对比气体对应光谱数据，输出SF6分解产物浓度检测结果，具体包括：
所述处理模块接收并分析待测气体对应光谱和对比气体对应光谱数据，输出SF6分解产物浓度检测结果，具体包括：
所述处理模块接收紫外光谱仪的数据，包括待测气体对应光谱和对比气体对应光谱数据；
比较待测气体对应光谱和对比气体对应光谱得到待测气体紫外光吸收图谱，将其与预先存储的气体紫外光吸收光谱的标准图谱进行对比分析，最终得到待测气体的浓度。
优选地，所述SF6分解产物包括H2S、SO2；
所述对比气体为氮气。
本申请所达到的有益效果：
本发明利用待测气体在紫外光学波段具有良好的光学吸收特性，将紫外差分吸收光谱检测技术结合两个气体吸收池进行对比，继而实现SF6分解产物浓度在线检测，具有测量精度高，稳定性好，结构简单，集成度高和成本低等特点。
附图说明
图1是基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统结构图。
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，本发明的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，包括第一紫外光源、第二紫外光源、第一光纤准直模块、第二光纤准直模块、第一气体吸收池、第二气体吸收池、第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块、紫外光谱仪和处理模块；
所述第一紫外光源、第二紫外光源，用于产生检测用紫外光；
具体实施时，所述第一紫外光源、第二紫外光源分别设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的入光口侧，其产生的第一紫外光和第二紫外光相同。
所述第一光纤准直模块、第二光纤准直模块，用于紫外光的传输与准直，将紫外光输入第一气体吸收池、第二气体吸收池；
所述第一光纤准直模块、第二光纤准直模块相同，且分别设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的入光口。
所述第一光纤准直模块、第二光纤准直模块均包括光纤和SMA905+准直镜，分别用于紫外光的传输与准直。
所述第一气体吸收池、第二气体吸收池，分别输入待测气体和对比气体，用于反射输入的紫外光并在反射过程中吸收相应的紫外光谱；
具体实施时，对比气体采用氮气；
所述第一气体吸收池、第二气体吸收池结构相同，且内部均设有反射镜，通过反射镜将池内紫外光多次反射，反射过程中，池中的气体吸收相应的紫外光谱，引起出射紫外光光谱的变化；
第一气体吸收池、第二气体吸收池内部的反射镜，安装位置、数量和尺寸比例均相同。
所述待测气体为SF6分解产物气体，包括H2S和SO2；
所述第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块，用于第一气体吸收池、第二气体吸收池输出紫外光的聚焦与传输；
所述第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块相同，其分别设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的出光口。
所述第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块均包括SMA905+聚焦镜透镜和光纤，分别用于紫外光的聚焦与传输。
所述紫外光谱仪，用于紫外光的光谱获取；
所述紫外光谱仪设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的出光口侧，接收第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块聚焦到其光纤上的紫外光。
所述处理模块，用于光谱数据的分析与处理；
其中，第一紫外光源产生第一紫外光，经第一光纤准直模块传输和准直后进入第一气体吸收池，第一紫外光在第一气体吸收池中经过多次反射并吸收相应的紫外光谱后射出，经第一光纤聚焦模块聚焦后传输至紫外光谱仪，得到待测气体对应光谱；
第二紫外光源产生第二紫外光，经第二光纤准直模块传输和准直后进入第二气体吸收池，第二紫外光在第二气体吸收池中经过多次反射并吸收相应的紫外光谱后射出，经第二光纤聚焦模块聚焦后传输至紫外光谱仪，得到对比气体对应光谱；
所述处理模块可采用便携式计算机，其接收并分析待测气体对应光谱和对比气体对应光谱数据，输出SF6分解产物浓度检测结果，具体包括：
所述处理模块接收紫外光纤紫外光谱仪的数据，包括待测气体对应光谱和对比气体对应光谱数据；
比较待测气体对应光谱和对比气体对应光谱得到待测气体紫外光吸收图谱，将其与预先存储的气体紫外光吸收光谱的标准图谱进行对比分析，最终得到待测气体的浓度。
具体原理为，先确定所需要检测的待测气体分子式及对应的吸收波长，通过对紫外光源激光器发出的激光的输出信号波形，并调整输出信号频率和输出信号电平，调整至待测气体所对应的吸收波段后，将调整后的激光经过光纤传输到准直镜，通过准直镜后通入气体池中，紫外光在气体池中经过多次反射并被待测气体部分吸收。从气体池中出来的紫外光信号通过SMA905+聚焦镜透镜进行聚焦并通过光纤传输到光谱仪，光谱仪和计算机对此进行探测和分析。
例如，需要确定待测H2S的浓度，则将紫外光源激光器发射的激光调节到H2S气体对应的吸收波段并发射激光；
将第二气体吸收池填充氮气作为对比气体，将第一气体吸收池填充待测气体，两气体吸收池所出口的气体经过聚焦镜后接入光谱仪，在光谱仪上可得到：
经过第一吸收池待测气体的来自紫外光源的部分衰减信号，经过第二吸收池氮气的来自紫外光源的未衰减过的信号；
通过对比两信号的衰减值差，可得出待测气体对紫外光的吸收程度图谱，不同浓度的待测气体所对应吸收图谱的图形也不同，可通过不同图谱总结出待测气体浓度与图谱的关系式，即预先存储不同浓度的待测气体对应的气体紫外光吸收光谱的标准图谱；
将待测气体紫外光吸收图谱与预先存储的气体紫外光吸收光谱的标准图谱进行对比分析，可最终得到待测气体的浓度。
本发明利用待测气体在紫外光学波段具有良好的光学吸收特性，将紫外差分吸收光谱检测技术结合两个气体吸收池进行对比，继而实现SF6分解产物在线检测，具有测量精度高，稳定性好，结构简单，集成度高和成本低等特点。
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.基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，包括第一紫外光源、第二紫外光源、第一光纤准直模块、第二光纤准直模块、第一气体吸收池、第二气体吸收池、第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块、紫外光谱仪和处理模块，其特征在于：
所述第一紫外光源、第二紫外光源，用于产生检测用紫外光；
所述第一光纤准直模块、第二光纤准直模块，用于紫外光的传输与准直，将紫外光输入第一气体吸收池、第二气体吸收池；
所述第一气体吸收池、第二气体吸收池，分别输入待测气体和对比气体，用于反射输入的紫外光并吸收相应的紫外光谱；
所述待测气体为SF6分解产物气体；
所述第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块，用于第一气体吸收池、第二气体吸收池输出紫外光的聚焦与传输；
所述紫外光谱仪，用于紫外光的光谱获取；
所述处理模块，用于光谱数据的分析与处理；
其中，第一紫外光源产生第一紫外光，经第一光纤准直模块传输和准直后进入第一气体吸收池，第一紫外光在第一气体吸收池中经过多次反射并吸收相应的紫外光谱后射出，经第一光纤聚焦模块聚焦后传输至紫外光谱仪，得到待测气体对应光谱；
第二紫外光源产生第二紫外光，经第二光纤准直模块传输和准直后进入第二气体吸收池，第二紫外光在第二气体吸收池中经过多次反射吸收相应的紫外光谱后射出，经第二光纤聚焦模块聚焦后传输至紫外光谱仪，得到对比气体对应光谱；
处理模块分析待测气体对应光谱和对比气体对应光谱，结合预先存储的气体紫外光吸收光谱的标准图谱，得到并输出SF6分解产物浓度检测结果。
2.根据权利要求1所述的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，其特征在于：
所述第一紫外光源、第二紫外光源分别设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的入光口侧，其产生的第一紫外光和第二紫外光相同。
3.根据权利要求2所述的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，其特征在于：
所述第一光纤准直模块、第二光纤准直模块相同，且分别设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的入光口。
4.根据权利要求1或3所述的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，其特征在于：
所述第一光纤准直模块、第二光纤准直模块均包括光纤和SMA905+准直镜，分别用于紫外光的传输与准直。
5.根据权利要求3所述的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，其特征在于：
所述第一气体吸收池、第二气体吸收池结构相同，且内部均设有反射镜，通过反射镜将池内紫外光多次反射，反射过程中，池中的气体吸收相应的紫外光谱，引起出射紫外光光谱的变化；
第一气体吸收池、第二气体吸收池内部的反射镜，安装位置、数量和尺寸比例均相同。
6.根据权利要求5所述的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，其特征在于：
所述第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块相同，其分别设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的出光口。
7.根据权利要求1或6所述的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，其特征在于：
所述第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块均包括SMA905+聚焦镜透镜和光纤，分别用于紫外光的聚焦与传输。
8.根据权利要求6所述的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，其特征在于：
所述紫外光谱仪设于第一气体吸收池、第二气体吸收池的出光口侧，接收第一光纤聚焦模块、第二光纤聚焦模块聚焦到其光纤上的紫外光。
9.根据权利要求1所述的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，其特征在于：
所述处理模块接收并分析待测气体对应光谱和对比气体对应光谱数据，输出SF6分解产物浓度检测结果，具体包括：
所述处理模块接收紫外光谱仪的数据，包括待测气体对应光谱和对比气体对应光谱数据；
比较待测气体对应光谱和对比气体对应光谱得到待测气体紫外光吸收图谱，将其与预先存储的气体紫外光吸收光谱的标准图谱进行对比分析，最终得到待测气体的浓度。
10.根据权利要求1所述的基于紫外光谱法的SF6分解产物检测系统，其特征在于：
所述SF6分解产物包括H2S和SO2；
所述对比气体为氮气。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.56 Suyuan Avenue, Jiangning Development Zone, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant after: Super high voltage branch of State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd. Address before: No. 56, Suyuan Avenue, development zone, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province, 211102 Applicant before: STATE GRID JIANGSU ELECTRIC POWER Co.,Ltd. MAINTENANCE BRANCH |
|
| CB02 | Change of applicant information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220418 Address after: No.56 Suyuan Avenue, Jiangning Development Zone, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant after: Super high voltage branch of State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd. Applicant after: State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd. innovation and Innovation Center Address before: No.56 Suyuan Avenue, Jiangning Development Zone, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant before: Super high voltage branch of State Grid Jiangsu Electric Power Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right |