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。     

变压器油中溶解气体光声光谱检测一维光声池信号传输模型研究与设计

根据光声信号激励基本原理与传输线理论,应用声电类比方法,提出了基于声学传播模型的一维纵向谐振腔传输线模型。根据实际设计需求,改进并提出一维纵向光声池整体模型。应用所建传输线模型对一维纵向光声池谐振频率、品质因数、池常数等指标与光声池结构参数关系进行模拟分析与讨论。结果表明,光声信号强度与一维谐振腔长度及光源调制频率具有相关性,且随谐振腔长度增加,光声池谐振频率具有减小的趋势;存在最优光声腔截面半径使与一定谐振腔长度对应的品质因数取得最大值。模拟结果对一维纵向光声池结构设计具有较高指导意义。     

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。     

采用激光共振光声光谱技术检测乙炔气体

乙炔常伴随变压器内放电性故障的出现而产生,为了检测乙炔气体,通过研究乙炔在近红外波段的红外吸收特性及深入分析光声池的设计,构建了用以检测乙炔的光声光谱气体检测装置。利用该装置,对分布反馈半导体激光器的辐射特性进行了实验分析,结果表明,激光器的辐射波长随工作温度或注入电流的升高以近似线性升高,且在工作温度下的变化梯度大于注入电流下的变化梯度;利用分布反馈半导体激光器的窄线宽和可调谐特性,测得乙炔分子在近红外区第一泛音带的R(4)、R(5)支光声光谱;对光声信号受气体体积分数、激光功率影响的实验分析表明,在低气体体积分数、低激光功率条件下,光声信号与气体体积分数、激光功率间具有良好的线性依赖关系,该装置对乙炔的最低体积分数检测限约为1.4×10-6。     

基于AD8334的光声信号增益补偿电路实现与分析

旨在设计一套基于AD8334的宽带高增益光声信号调理电路,并通过FPGA控制增益线性变化来实现时间增益补偿(time gain compensation,TGC),以校正由于光与超声随传播深度改变的衰减而导致畸变的光声信号。实验证明该方案能有效地对高频光声信号进行放大和动态增益调节,对克服光声信号传播受深度影响的缺陷具有良好的效果。     

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。     

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。     

基于光声光谱技术的SF6分解组分的检测装置研制

采用了光声光谱技术对SO2气体进行检测,该技术有高灵敏度并且不消耗被检测的气体的优点,特别适用于对SO2气体的检测;基于光声光谱技术设计了一台用于检测SO2气体的试验装置,并且针对圆柱形光声腔存在的缺陷而采用了球形的光声腔。所设计的试验检测装置能够有效检测SO2,并为日后研制SO2光声光谱在线监测系统提供重要的技术支撑。     

光声、光热效应对早期乳腺癌的检测和治疗

提出了一种利用组织的光声、光热效应对早期乳腺癌检测和治疗的方法。采用蒙特卡罗仿真,模拟了近红外光到达人体乳腺组织时的能量沉积分布,仿真了由此产生的压力信号;再在肿瘤组织中加入了纳米金粒子,使近红外光在人体乳腺中产生的能量沉积聚集到肿瘤附近,从而在特定部位产生较高的温度。结果表明,光声信号的探测能有效的定位组织中肿瘤的位置,确定肿瘤大小、形状等特性,且在加入半径50 nm的纳米金粒子后,对靶组织的加热效率得到了提升,可提高特定组织光照后的温度,且对周边组织影响较小,基本可达到对早期乳腺癌的检测和治疗效果。     

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。     

变压器油中溶解气体光声信号检测的干扰抑制方法

光声光谱气体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,为了提高其检测信噪比,笔者针对光声信号检测的强噪声环境,结合小波阈值去噪和混沌检测来抑制检测过程中的强噪声干扰,配合使用LabVIEW和Simulink构建信号检测系统提取微弱光声信号。实验结果表明该方法对被强噪声覆盖的微弱周期信号非常敏感,能有效地抑制强噪声干扰。     

应用光声技术的SF6分解组分检测装置研制

为了对局部放电下SF6分解组分进行实时在线检测,研制出一套基于光声技术的SF6分解组分检测的光声装置,详细介绍了装置的工作原理和硬件构成,根据被测气体的光谱特性,选择了合适的红外光源和窄带滤光片,用模拟电场的仿真手段,设计出了该装置的关键部件光声池,并利用声传输线理论优化了光声池的结构参数。经过性能分析与测试表明,光声...     

基于TR插值算法的光声断层图像重建方法

光声成像是一种新型无损生物医学成像方式,结合了光学成像和超声成像的特点,具有广阔的应用前景.针对重建过程中存在的原始光声信号信噪比差、重建图像对比度低等问题,通过建立光声数据采集模型,从采样角度和数据点方面对时间反转算法(time reversal,TR)进行研究,将插值算法与其相结合,达到提高成像质量和消除伪影的目的...     

基于被动和主动降噪的光声光谱气体检测仪背景噪声控制技术

光声光谱技术通过检测微弱的声压信号来反演气体浓度，与仪器调制频率对应的相干噪声对仪器检测灵敏度具有重要影响。该文首先分析了斩波器机械噪声和环境噪声对光声光谱仪检测的影响，而后提出采用厚度为30 mm的蜜胺泡棉板隔离光声检测模块实现被动降噪。然后提出利用声波在空间的叠加干涉抵消原理，使噪声在声接收环节与主动噪声控制模块产生的主动声波进行叠加，实现光声池主动降噪。最后搭建噪声干扰模拟实验平台对提出措施的有效性进行验证，结果显示在调制频率为100 Hz和400 Hz两种条件下，提出的降噪技术均可降低外界相干噪声影响，光声光谱仪的检测能力在应用被动降噪技术后提升了0.4倍，而应用主动降噪+被动降噪技术后提升了2.4倍。该研究可为光声光谱仪开发中噪声抑制措施的选择提供指导。     

基于7555定时器的照明光声控制电路

对采用7555定时器为基本元件组成照明光声控制电路进行了研究。这种照明光声控制电路的特点是电路简单，成本低，功耗小。文中介绍了其电路组成，工作原理和参数设计。     

光声光谱技术在变压器油气分析中的应用

针对传统的变压器油中故障气体气相色谱分析存在较多缺点的问题,英国凯尔曼有限公司利用光声光谱技 术原理开发了一系列用于检测变压器油中故障气体的产品,该技术利用不同波长的红外线激发不同的气体分子,在 密闭容器中产生强度对应于气体体积分数的压力波。光声光谱技术与传统气体色谱的技术特点对比和实测的数据 分析表明,光声光谱技术气体监测设备性能优于传统的气相色谱仪且精度完全符合要求。     

基于光声光谱检测的变压器油中溶解乙炔气体的压强特性

变压器油中溶解气体的检测及分析是运行电力变压器故障诊断最有效的方法之一。气体光声光谱检测技术能很好地应用于气体检测,气体压强对光声光谱检测有重要影响。论文从理论上推导出气体压强与气体吸收系数、谐振频率、光声池品质因素、池常数及气体光声电信号的函数关系。以构建的可调谐光声光谱装置对变压器油中主要故障特征气体C2H2进行实验,验证了上述函数关系的正确性,得到在气体吸收未发生饱和效应时,C2H2光声电信号与气体压强的函数关系:当0P75k Pa时,光声电信号近似与气体压强P1.5成线性关系;而当75k PaP100k Pa时,光声电信号近似与气体压强P成线性关系。结合吸收谱线增宽及光声电信号变化规律,确定C2H2的谱线6 578.58cm?1最佳光声检测压强为75k Pa,理论及实验结果为进一步完善油中溶解气体光声光谱在线监测提供了技术支撑。     

H2S及CO的近红外波段光声光谱检测技术

SF6常用于电力设备内部充当绝缘介质,在SF6绝缘设备内部出现过热或局部放电时,进一步反应后还会出现SO2、SOF2、SO2F2、H2S、CO等分解产物.本研究基于光声光谱检测技术对H2S、CO进行定量测量,从理论出发对影响光声信号的因素进行探讨,搭建光声光谱试验平台,根据气体的光声效应对气体进行光声光谱检测.通过选择合适的气体吸收谱线作为特征谱线进行检测,避免其他组分气体存在潜在的交叉干扰.根据HITRAN仿真结果,选定的H2S气体特征谱线为6 336.6 cm-1,CO气体特征谱线为6 380.3 cm-1.结果 表明:所测气体CO、H2S的气体浓度与净光声信号幅值之间的线性度非常高,即通过测量气体光声信号值可精确反演计算出气体浓度.在SF6作为背景气体情况下,CO检测下限为9.88×10-6,H2S检测下限为1.75×10-6.     

基于光声光谱技术的SF_6泄露检测技术

SF6气体作为一种优良的绝缘介质,广泛应用于高压电力设备中。然而,作为一种主要的温室效应气体,其泄露将给环境和维修人员构成不良影响。能够及时灵敏地检测到SF6气体的泄露情况成为电力系统的一个广泛需求。光声光谱技术作为近年来兴起的一项新型的微量气体检测技术,具有灵敏度好,选择性好,动态检测范围大等优点。笔者基于光声光谱技术的基本原理,利用SF6在10.6微米波长处的红外吸收峰值,构建出一套SF6泄露检测系统。同时通过实验室模拟配比不同浓度SF6和空气的混合气体,对系统性能进行验证,发现该系统最低可检测到0.01 ppm的SF6,而且具有较好的线性度和稳定性。