CN203849167U - 基于光声光谱技术的sf6气体分解产物检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种气体分解产物检测领域，特别涉及一种基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，包括壳体，壳体内部设置单片机及其附属电路，单片机及其附属电路连接电源，单片机通过功率开关管连接红外光源，红外光源与光声池的光源入射口相对，光声池内部设置谐振腔，光声池两侧设置与谐振腔相通的圆形孔，两侧的圆形孔内安装微音器，微音器通过锁相放大电路连接单片机，单片机连接显示屏，光声池上端设置与谐振腔相通的进气口和出气口。本实用新型避免了电化学方法存在的交叉干扰和电极“中毒”问题，降低了系统噪音，提高了检测的准确度，结构简单紧凑，体积小，稳定性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体分解产物检测领域，特别涉及一种基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置。
背景技术
随着智能电网的快速发展，以SF6气体作为绝缘介质的电气设备得以大量运用，而SF6气体分解产物的检测是诊断SF6设备运行工况和潜伏性故障的有效方法。SF6电气设备内部故障时分解产生的硫化物主要有SO2、H2S、SF4、SO2F SOF2、S2F10和S2OF10等；氟化物主要有HF、CF4、AlF3、CuF2和WF6等；碳化物主要有CO、CO2和低分子烃等。其中SO2、H2S和CO三种组分气体可以作为设备发生故障时分析判断的特征组分。目前行业内使用的检测仪主要采用电化学传感器检测法，此种传感器在检测过程中受到硫化物腐蚀影响发生“中毒”，容易产生漂移或损坏，导致检测结果不准，其测量准确度难以满足诊断SF6设备潜伏性故障的要求，同时维护成本高，故障率高。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种设计合理，检测结果准确，维护成本低，故障率低的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，包括壳体，壳体内部设置单片机及其附属电路，单片机及其附属电路连接电源，单片机通过功率开关管连接红外光源，红外光源与光声池的光源入射口相对，光声池内部设置谐振腔，光声池两侧设置与谐振腔相通的圆形孔，两侧的圆形孔内安装微音器，微音器通过锁相放大电路连接单片机，单片机连接显示屏，光声池上端设置与谐振腔相通的进气口和出气口。
所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置避免了电化学方法存在的交叉干扰和电极“中毒”问题，降低了系统噪音，提高了检测的准确度，结构简单紧凑，体积小，稳定性好。
进一步地优选，光声池一端设置入射镜，入射镜设置在光源入射口处，另一端设置反射镜，入射镜和反射镜通过压环固定在光声池的两端。提升池体内的光线反射率，增大光强。
进一步地优选，入射镜和反射镜之间形成谐振腔，谐振腔两端设置缓冲室。
进一步地优选，红外光源采用红外灯丝，红外光源前端设置滤光片。经过滤光片滤光后，得到特定频率波长的光谱，以激发所需检测的气体释放热能。
进一步地优选，微音器采用硅微传声器。SPA2410LR5H-B硅微传声器电平输出与声波幅值大小有很强的正相关关系，具有更高的灵敏度，且在100至10000HZ范围内频响平坦。
进一步地优选，单片机采用PIC16C74单片机。低成本、高可靠性。
进一步地优选，电源采用磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池安全性较高，而且使用充电快速方便。
进一步地优选，壳体采用ABS树脂。ABS树脂材料强度和耐温特性都已满足生产现场要求，并且密度较小质量轻，便于携带，性价比较高。壳体的的长度为370mm，宽度为300mm，高度为170mm。
本发明所具有的有益效果是：
1、运用光声光谱法分析SF6分解产物含量，避免了电化学方法存在的交叉干扰和电极“中毒”问题，提高了检测的准确度，降低了成本。
2、采用硅微传声器检测光声信号，降低了系统噪音并提高了检测灵敏度，在硅微传声器输出单元外加锁相放大器回路，筛选并且放大出所需要的压力波信号，大幅度抑制无用噪声，改善检测的信噪比。
3、通过MOSFET功率开关管调制红外光源频率，稳定性好，受外界振动影响小，且具有寿命长，无机械触点的优点，极大提高了工作可靠性，结构简单紧凑，减小了体积，提高了可靠性。
附图说明
图1为本发明的结构原理框图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明光声池的结构示意图；
图4为锁相放大电路等值电路图；
其中，1、壳体；2、红外光源；3、单片机；4、功率开关管；5、电源；6、光声池；7、圆形孔；8、光源入射口；9、滤光片；10、压环；11、谐振腔；12、微音器；13、锁相放大电路；14、入射镜；15、进气口；16、出气口；17、缓冲室；18、反射镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1、图2、图3、图4所示，本发明所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，包括壳体1，壳体1内部设置单片机3及其附属电路，单片机3及其附属电路连接电源5，单片机3通过功率开关管4连接红外光源2，红外光源2与光声池6的光源入射口8相对，光声池6内部设置谐振腔11，光声池6两侧设置与谐振腔11相通的圆形孔7，两侧的圆形孔7内安装微音器12，微音器12通过锁相放大电路13连接单片机3，单片机3连接显示屏，光声池6上端设置与谐振腔11相通的进气口15和出气口16。
所述的光声池6一端设置入射镜14，入射镜14设置在光源入射口8处，另一端设置反射镜18，入射镜14和反射镜18通过压环10固定在光声池6的两端，入射镜14和反射镜18之间形成谐振腔18，谐振腔11两端设置缓冲室17。
其中，红外光源2采用红外灯丝，红外光源2前端设置滤光片9，微音器12采用硅微传声器，单片机3采用PIC16C74单片机，电源5采用磷酸铁锂电池，壳体1采用ABS树脂。
基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测方法，包括以下步骤：
（1）待检测气体通过光声池6的进气口15进入到光声池6的谐振腔11内；
（2）打开电源5，单片机3及其附属电路，功率开关管4，红外光源2，锁相放大电路13以及显示屏通电，单片机3对输出的开关驱动信号进行SPWM调制，将红外光源接入功率开关管回路，用SPWM信号驱动功率开关管，通过功率开关管对红外光源2进行电子调制，经过电子调制后红外光强呈周期性变化，经过滤光片滤光后，得到特定频率波长的光谱，以激发所需检测的气体释放热能；
（3）所得到的特定频率波长的光谱通过光源入射口8进入到光声池6内，光声池6内的待检测气体受到窄带光脉冲照射，气体分子按其特征吸收频率吸收光辐射，气体吸收能量与其浓度成比例关系，并将吸收能量部分转化为热能，气体根据入射光脉冲被周期性加热，气体温度的周期性波动导致压力波动；其中，根据HITRAN2008G分子吸收光谱数据库对SO2，H2S和CO的吸收谱线进行仔细分析后选取的特征吸收谱线如下：SO2特征吸收谱线波长3.98um，H2S特征吸收谱线波长4.65um，CO特征吸收谱线波长2.64um。
（4）周期性压力波动通过微音器12进行检测，微音器12将声能变换成电信号，电信号通过锁相放大电路13提高信噪比后将信号传给单片机3，单片机3经过分析和计算后得到检测气体的浓度值，最后通过显示屏显示。
Claims (8)
1.一种基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，包括壳体（1），壳体（1）内部设置单片机（3）及其附属电路，单片机（3）及其附属电路连接电源（5），其特征在于：单片机（3）通过功率开关管（4）连接红外光源（2），红外光源（2）与光声池（6）的光源入射口（8）相对，光声池（6）内部设置谐振腔（11），光声池（6）两侧设置与谐振腔（11）相通的圆形孔（7），两侧的圆形孔（7）内安装微音器（12），微音器（12）通过锁相放大电路（13）连接单片机（3），单片机（3）连接显示屏，光声池（6）上端设置与谐振腔（11）相通的进气口（15）和出气口（16）。
2.根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在于：所述的光声池（6）一端设置入射镜（14），入射镜（14）设置在光源入射口（8）处，另一端设置反射镜（18），入射镜（14）和反射镜（18）通过压环（10）固定在光声池（6）的两端。
3.根据权利要求2所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在于：所述的入射镜（14）和反射镜（18）之间形成谐振腔（18），谐振腔（11）两端设置缓冲室（17）。
4.根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在于：所述的红外光源（2）采用红外灯丝，红外光源（2）前端设置滤光片（9）。
5.根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在于：所述的微音器（12）采用硅微传声器。
6.根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在于：所述的单片机（3）采用PIC16C74单片机。
7.根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在于：所述的电源（5）采用磷酸铁锂电池。
8.根据权利要求1所述的基于光声光谱技术的SF6气体分解产物检测装置，其特征在于：所述的壳体（1）采用ABS树脂。
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