CN204630919U - 一种基于增强型变压器油气光声光谱探测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于增强型变压器油气光声光谱探测系统，包括示波器、放大器、探测器、光声池、频谱分析仪、分光器和脉冲激光器；所述放大器与连接示波器和光声池；所述探测器连接示波器和光声池；所述频谱分析仪与光声池和脉冲激光器连接管线连接；所述脉冲激光器上还连接有能量计；所述分光器设置在光声池和脉冲激光器连接的管线上；该小型化多组分共振增强光声光谱气体探测器，光声光谱技术的主要优点是：长期稳定性好、灵敏度高；不消耗气样，如载气、标气；检测时间短，便于现场检测；适于多种气体成分的检测；整体结构简单，实用性强，易于推广使用。

Description

一种基于增强型变压器油气光声光谱探测系统

技术领域

本实用新型涉及检测系统应用技术领域，尤其是一种基于增强型变压器油气光声光谱探测系统。

背景技术

传统的光谱法中，光散射、反射是最大的干扰，因为样品吸收光能量的大小是通过测量透射光的强度并从入射光强度中减去透射光强度所得的差额来确定的，而光与组织相互作用过程必然伴随着一定的反射、散射和其他的光损失，这将导致入射光强度的降低。此外，传统光谱法探测的是光与组织相互作用后的透射光信号，因此样品就必须具有一定的透光性。与之相比，光声光谱技术所检测的是因组织吸收光能而产生的超声信号，这种超声信号的强弱直接反映了物质吸收光能量的大小。从而避免了因样品中光的反射、散射等引起的信号干扰;同时，还可针对弱吸收样品适当增大入射光的辐照功率来提高信噪比。因此，它被广泛应用于各种试样检测，如透明的或不透明的固体、液体、气体、粉末、胶体、晶体或非晶体等，从本质上解决了传统光谱法对弱吸收、强散射、不透明等样品检测的难题。

因此，光声光谱技术是一种理想的无背景噪声信号技术，具有较高灵敏度和良好选择性。与传统光谱分析方法不同，光声光谱技术是监测物体吸收光能后产生的热能中以声压形式表现出来的那部分能量，即使在高反射弱吸收的情况下，吸收能也可被微音器检测。与其它气体检测方法相比较，光声光谱技术的主要优点是：长期稳定性好、灵敏度高；不消耗气样，如载气、标气；检测时间短，便于现场检测；适于多种气体成分的检测；系统结构简单，已经成为分子光谱学的一个重要分支。作为现代生物医学领域研究的一种有力的分析工具，光声光谱技术克服了组织散射特性对测量结果的影响，为生物组织样品的研究提供了一种灵敏度高、样品可不经预处理的无损有效检测方法。

实用新型内容

    现有技术难以满足人们的生产生活需要，为了解决上述存在的问题，本实用新型提出了一种基于增强型变压器油气光声光谱探测系统。

为实现该技术目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于增强型变压器油气光声光谱探测系统,包括单色光源、传声器、信号处理系统和斩波器；所述传声器与信号处理系统连接；所述斩波器与信号处理系统连接；所述单色光源穿过斩波器将光信号传递给被测气体；所述传声器设置在被测气体的密闭空间内。

作为本实用新型的进一步技术方案:所述信号处理系统3采用加权最小二乘法对2种混合气体中CH4,C2H6,C2H4,C2H2,H2,N2,H2O,CO和CO2进行了定性和定量分析。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：该基于增强型变压器油气光声光谱探测系统，

① 非接触性测量，不消耗气体；

② 不需要分离气体，通过光谱分析直接确定气体 的成分和含量，检测速度快，可实现连续测量；

③ 长期使用中，各器件的性能稳定，可以实现免标定；

④直接测量气体吸收光能的大小，相同气池长度下，灵敏度比傅里叶红外光谱高很多；

⑤检测范围宽，准确度高。

整体结构简单，实用性强，易于推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的检测原理图；

图2为本实用新型的检测示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅说明书附图1~2，本实用新型实施例中，一种基于增强型变压器油气光声光谱探测系统,包括单色光源1、传声器2、信号处理系统3和斩波器4；所述传声器2与信号处理系统3连接；所述斩波器4与信号处理系统3连接；所述单色光源1穿过斩波器4将光信号传递给被测气体；所述传声器2设置在被测气体的密闭空间内。

作为本实用新型的进一步技术方案:所述信号处理系统3采用加权最小二乘法对2种混合气体中CH4,C2H6,C2H4,C2H2,H2,N2,H2O,CO和CO2进行了定性和定量分析。

本实用新型的作用原理为：放在密闭容器里的试样，当用经过斩波器调制的强度以一定频率周期变化的光照射时，容器内能产生同与斩波器频率的声波。这一现象称为光声效应。

光声效应描述的是光与物质之间的相互作用，即 当一束调制或脉冲激光照射到组织样品上时，位于组织体内的吸收体在吸收光能后出现局部热膨胀，从而产生超声波将光能转换成声能，形成外传超声波，这种超声波容易被置于组织体周围的超声探测器所接收。在入射激光波长不断改变的过程中，探测器所接收到的光声信号的强弱也将会随着吸收体的吸收谱发生对应的改变，从而获得相应的光声信号谱，原理如图1所示。这种光能转换成声能的能 力，不仅取决于光子特性，而且也体现了被测物质的热学性质(导热性、热扩散率、比热等)及光谱学性质，因此，能够通过对光转换成声的能力大小的探测来确定物质的热学性质和光谱学性质。

当物质吸收光收到激发后，返回初始态可通过辐射跃迁或无辐射跃迁。前一过程产生荧光或磷光，后一过程则产生热。因为吸收光强呈周期性变化，容器内压力涨落也呈周期性。当试样是气体或液体时，其本身就是压力介质。由于调制光的频率一般位于声频范围内，所以这种压力涨落就成为声波，从而能被声敏元件所感知。声敏元件所感知的声波信号经同步放大得到的电信号为光信号。若将光声信号作为入射光频率的函数记录下来，就可获得光声光谱图。

用一束强度可调制的单色光照射到密封于光声池中的样品上，样品吸收光能，并以释放热能的方式退激，释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热,从而导致介质产生周期性压力波动,这种压力波动可用灵敏的微音器或压电陶瓷传声器检测，并通过放大得到光声信号，这就是光声效应。若入射单色光波长可变，则可测到随波长而变的光声信号图谱，这就是光声光谱。若入射光是聚焦而成的细束光并按样品的x-y轴扫描方式移动,则能记录到光声信号随样品位置的变化，这就是光声成像技术。

由于光声光谱测量的是样品吸收光能的大小，因而反射光、散射光等对测量干扰很小，故光声光谱适于测量高散射样品、不透光样品、吸收光强与入射光强比值很小的弱吸收样品和低浓度样品等，而且样品无论是晶体、粉末、胶体等均可测量，这是普通光谱做不到的。光声效应与调制频率有关，改变调制频率可获得样品表面不同深度的信息，所以它是提供表面不同深度结构信息的无损探测方法。

对于本领域技术人员而言，然而本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于增强型变压器油气光声光谱探测系统,包括单色光源、传声器、信号处理系统和斩波器；其特征是：所述传声器与信号处理系统连接；所述斩波器与信号处理系统连接；所述单色光源穿过斩波器将光信号传递给被测气体；所述传声器设置在被测气体的密闭空间内。