变压器油中甲烷气体的光声光谱检测方法

甲烷(CH4)是变压器油中溶解的一种可用于变压器早期故障诊断的特征气体。光声光谱技术是基于光声效应的一种新型微量气体检测技术，具有灵敏度高，选择性好，动态检测范围大等优点。该文基于光声光谱技术的基本原理，利用分布反馈半导体激光器构建一种便携式、可调谐的光声光谱装置，借助该装置研究光声信号与激光功率、CH4浓度之间的关系，及CH4的2v3带R(3)支的高分辨光声光谱；该装置对CH4的检测灵敏度达到5.05 mL/L。理论与实验结果为CH4的光声光谱在线监测及高灵敏度可调谐光声光谱仪的设计提供了参考。     

基于分布反馈半导体激光器的CO气体光声光谱检测特性

一氧化碳(CO)是变压器油中溶解的主要故障特征气体之一,能有效反映运行电力变压器中油纸绝缘的放电及老化;而光声光谱(photoacoustic spectroscopy,PAS)技术能够应用于变压器油中溶解气体的在线监测。基于光声光谱检测原理,利用分布反馈(distributed feedback,DFB)半导体激光器搭建了CO气体光声光谱检测平台,选择1.567m的CO分子谱线为研究对象,实验研究了DFB半导体激光器的辐射特性和CO气体的光声光谱响应特性,分析了光声信号与激光功率、气体浓度的关系。结果表明:在气体吸收未发生饱和效应的条件下,光声信号与激光功率、气体浓度均具有良好的线性关系。该研究结果为变压器油中气体光声光谱的在线监测奠定了基础。     

基于光声光谱峰面积的微量乙炔气体定量检测

乙炔是区分电力变压器过热性和放电性故障的标志性气体,其含量对判断电力变压器内绝缘故障类型和严重程度具有重要意义。为此,采用分布反馈式半导体激光器搭建了基于光声光谱峰面积的微量乙炔气体定量检测平台,选择乙炔分子1 529.18 nm处的吸收谱线,试验研究了分布反馈式半导体激光器输出峰值波长的温度漂移特性和乙炔气体的光声光谱响应特性,获取了基于Lorentz线型拟合的不同体积分数标准乙炔气体的光声光谱响应特性曲线,并基于最小二乘法对特性曲线峰面积与乙炔气体体积分数之间的定量关系进行了研究。结果表明:在气体吸收未饱和的情况下,乙炔气体光声光谱峰面积与其体积分数之间存在良好的线性关系,该试验平台对乙炔气体的检测下限为0.46×10-6。该研究结果为变压器油中溶解气体的在线监测及电力变压器内绝缘故障诊断奠定了基础。     

变压器油中溶解气体光声光谱检测的温度特性

气体光声光谱检测技术能很好地应用于变压器油中溶解气体的在线监测。温度是光声光谱检测的重要影响因素之一。论文基于光声光谱技术的基本原理,利用分布反馈半导体激光器构建了一种便携式、可调谐的光声光谱装置;在分析光声池声学理论的基础上,结合实验探讨了温度对光声池池常数、谐振频率以及气体吸收系数的影响。以变压器油中主要特征气体C2H2进行实验分析,得到了乙炔气体光声信号与温度之间的关系曲线,理论及实验结果为进一步完善油中气体光声光谱在线监测系统奠定了重要基础。     

基于光声光谱的变压器油中多组分气体检测方法

油中溶解气体对变压器早期潜伏性故障的诊断具有重要作用。光声光谱技术是基于光声效应的一种新型微量气体检测技术,基于光声光谱技术的基本原理,以甲烷和乙炔为例,对变压器油中多组分故障特征气体的光声光谱检测方法进行研究。提出的基于分布反馈半导体激光器的光声光谱检测装置具有选择性好、检测范围大的优点,提出的基于最小二乘回归的多组分气体光声定量方法不需要池常数、气体吸收系数等参数,因而避免了这些参数引入的误差。实验结果表明,提出的方法能够有效地检测出多组分故障特征气体,为光声光谱技术的工程应用提供了方法参考。     

基于悬臂梁光纤F-P声传感器的光声光谱检测法及其对微量乙炔气体的检测

运行变压器油中溶解微量乙炔气体含量能有效反映变压器内部的过热与放电故障;光声光谱气体检测是实现其在线监测的有效手段。传统的光声光谱采用电麦克风检测气体产生的光声信号,微弱的电学信号易受到变压器周围强电磁环境的干扰,严重影响微量气体检测的稳定性和灵敏度。论文开展微量乙炔气体光纤F-P传声光声光谱检测研究,结合光纤激光功率放大技术,将乙炔特定波长处的激发光功率由20 mW提高到了200 mW;制作了悬臂梁F-P光纤声传感器探头匹配共振光声池共振频率,实现悬臂梁与共振光声池的双共振增强;采用波长调制以气体光声信号二次谐波幅值检测气体浓度;搭建了基于光纤F-P光纤声传感器的乙炔气体光声光谱检测平台,实现了微量乙炔气体的稳定检测,线性度好,拟合优度为0.99,体积分数检测极限达15×10~(-9)。     

光声光谱检测变压器油中气体的共振光声池研究

气体光声光谱技术是一种新型的微量气体检测技术,能很好地应用于变压器油中溶解气体检测。光声池是光声光谱监测系统中的核心部分,是表征系统灵敏度的重要因素。笔者模拟分析了气体光声信号分布及谐振腔几何尺寸与表征光声池性能的特性参数的量化关系,设计制作了两个不同几何结构参数的共振光声池,实验研究了光声池响应特性,实验结果比较得出谐振腔长120 mm、半径3 mm的不锈钢光声池表现出比较优越的气体响应性能,并对变压器油中溶解的主要特征气体C2H2进行了光声探测。理论与实验结果为气体光声光谱在线监测系统的完善及高灵敏度光声池的优化设计提供了技术支持与理论参考。     

基于悬臂梁增强型光声光谱的SF_6特征分解组分H_2S定量检测

H_2S作为SF_6分解产生的关键特征组分,能够有效反映SF_6气体绝缘电气设备内部绝缘故障的严重程度及故障是否涉及固体绝缘材料。采用新型硅微悬臂梁传声器与分布反馈式半导体激光器搭建了悬臂梁增强型光声光谱痕量气体检测系统,以H_2S气体v1+v2+v3泛频吸收谱带中心波数为6 336.62 cm-1的吸收谱线作为研究对象,仿真研究了H_2S气体的红外吸收特性,试验研究了H_2S气体悬臂梁增强型光声光谱响应特性,采用最小二乘回归分析了H_2S气体光声信号与其体积分数的关系。结果表明,在气体吸收未饱和的情况下,光声信号强度与H_2S体积分数之间存在良好的线性关系,系统对N2中痕量H_2S的检测下限为0.84×10-6,对SF_6中痕量H_2S的检测下限为1.75×10-6。研究结果为采用SF_6分解组分法判断设备内部绝缘故障类型和严重程度提供了有力的数据支持。     

SF6局部放电分解产生SOF2特征组分的光声光谱检测

为了预防SF6气体绝缘设备早期绝缘缺陷,可通过检测SF6局部放电过程中产生的特征组分氟化亚硫酰(SOF2)体积分数大小和变化规律进行判断。针对SOF2传统检测法存在的不足,引入具有检测灵敏度高、不消耗被测气体、特别适用于在线监测等优点的光声光谱检测技术。利用宽频红外光源构建了一台用于检测SOF2的光声检测实验装置。并分析了其特性参数,获得了光声信号强度与SOF2体积分数之间的关系,得到了SOF2的最低检测限为4.6×10-6。与气象色谱仪的对比检测表明:光声检测法与气相色谱法的平均检测误差为5.9%。结果说明,所提光声检测装置能有效检测SOF2,并为最终研制SOF2光声光谱在线监测系统提供关键技术支撑。     

基于有限元的变压器油中气体检测光声传感器研究

在变压器油溶解气体检测中,气体检测光声传感器应用效果较好。利用基于有限元的多重物理量耦合软件COMSOLMultiphysic 3.2,模拟了变压器油中溶解特征气体光声传感器光声池内光声信号的分布,分析了腔体的谐振特性以及光声信号随气体浓度的变化规律,实验研究了乙烯气体光声光谱检测特性。理论和实验结果为微量气体探测光声传感器的设计,特别是光声池的几何优化设计提供理论和数据支持。     

基于互相关与混沌检测相结合的光声信号检测方法

采用光声光谱方法检测变压器油中溶解气体的体积分数时,由于变压器运行现场的干扰以及检测过程中存在的噪声使得微弱光声信号湮没在强噪声中而无法辨识。在分别对互相关运算和混沌检测进行分析说明的基础上将这2种方法结合起来作为微弱光声信号检测的理论依据。集成LabVIEW和Matlab软件构建了虚拟信号检测系统,编程实现了由李雅普诺夫特性指数谱来判定混沌系统运动状态的功能。实验结果表明该方法对被强噪声覆盖的微弱光声信号非常敏感,具有较高检测精度。     

基于光声光谱法的变压器在线监测技术研究

针对现有电力变压器油中的溶解气体浓度低和复杂的外部干扰信号等问题,监测系统在小信号测量和提取方面存在很大的困难。文中基于光声光谱法原理,提出一种对变压器油中气体进行在线监测的技术方案。通过实验,分析和比较了不同电压、不同时间的变压器油中溶解气体数据,确定故障类型。实验结果表明,光声光谱法可以快速检测出变压器油中溶解的故障气体。该研究为我国电力变压器在线监测技术的发展提供参考和借鉴。     

基于FPGA控制驱动振镜扫描与数据采集设计

本文旨在设计通过FPGA控制振镜作周期性偏转,实现激光线性扫描,系统数据采集部分则通过数据采集卡代替数字示波器来采集光声信号.基于VC开发的数据采集卡可以灵活控制对光声信号进行数据采集,系统时序由FPGA控制.实验证明了振镜偏转扫描可以实现和数据采集卡的可行性,该方案能有效改善实验室现有光声成像系统只能通过步进电机手动调节实现线性扫描,能按照自身需求来采集有用的光声信号,配合后期制作的声透镜为实现一体化光声成像系统提供依据.     

光声光谱技术在油浸式电气设备故障气体检测中的应用

光声光谱气体检测技术具有精度高、检测范围宽、不消耗被测气体和载气等优点,适用于油浸式电气设备油中溶解气体的在线监测。对气体光声信号的产生机理进行了理论研究,分析了油中溶解气体的红外光谱特性。基于顶空脱气和光声光谱监测技术,构建了油中溶解气体在线监测平台。结合平台对标准气样和标准油样进行重复性和准确度的测试。采集实际运行的变压器中的油样,与实验室的气相色谱仪进行对比测试,结果都达到或优于电力系统油中溶解气体在线检测的要求,能有效地检测油浸式电器设备油中溶解气体含量。     

基于光声传感器的道边空气质量监测站设计

道边空气污染问题日益严重,为了适应道路空气质量监测的需要,设计了基于光声传感器的道边空气质量监测站,介绍了系统的工作原理、硬件原理图、软件流程图以及GPRS数据传输流程图,并着重介绍了光声传感器的原理和设计。监测站采用基于气体光声光谱原理的光声传感器检测道边环境中污染气体的浓度,并通过LCD显示屏显示监测结果,同时通过GPRS通信网络将数据传输给监控中心用于研究,整个监测站具有体积小、成本低、实时性和自动监测的特点,便于应用于道边环境监测。