一种变压器油中气体检测装置

技术领域

本申请涉及电气领域技术领域，尤其涉及一种变压器油中气体检测装置。

背景技术

对于变压器油中溶解气体的检测，现有故障特征气体在线监测装置主要由油气分离器及油中脱出的故障特征气体传感检测器两大部分组成。分析表明：内部传感检测器存在的气体交叉干扰、易老化、稳定性差等问题是造成目前故障特征气体在线监测装置分析误差大、多误判和漏判的主要原因。现有故障特征气体传感分析方法主要有：气相色谱法、质谱法、半导体(碳纳米管)气敏传感器、固态微桥式检测器。气相色谱法是微量故障特征气体分析最常用的检测方法，可实现准确测量。但色谱柱易老化，不利于长期检测。质谱法具有高效、准确检测的特点，但需结合色谱柱才能实现混合气体的有效检测；半导体(碳纳米管)气敏传感器及固态微桥式检测器灵敏度高，但存在混合气体交叉敏感问题且易老化、稳定性低，其检测准确度也有待提高。

发明内容

为了解决目前变压器油中溶解气体检测装置存在的气体交叉干扰、易老化、稳定性差等技术问题，提出了一种基于差分亥姆霍兹共振增强光声光谱的变压器油中溶解气体检测装置，用两个可调谐激光器，实现不同波段范围的气体吸收效应检测，满足多种气体的检测需求，两个激光器的波长都可以独立调整。使用该装置，可以实现变压器油中溶解气体的无损高灵敏度检测，解决了不同气体间的交叉干扰的问题，并且提高了检测的稳定性。

本申请一种变压器油中气体检测装置，包括：差分亥姆霍兹谐振器、激光源单元、光声信号探测单元；

所述激光源单元包括一号可调谐激光器、二号可调谐激光器、一号带孔毛玻璃以及二号带孔毛玻璃；

所述一号带孔毛玻璃位于所述一号可调谐激光器与所述差分亥姆霍兹谐振器之间；所述二号带孔毛玻璃位于所述二号可调谐激光器与所述差分亥姆霍兹谐振器之间；

光声信号探测单元包括两个驻极体麦克风、锁相放大器和示波器；

所述两个驻极体麦克风与所述锁相放大器、所述示波器连接；所述两个驻极体麦克风探测到的声信号为异相的，所述声信号输入所述锁相放大器进行差分运算放大后输入所述示波器进行显示。

可选的，所述一号可调谐激光器与所述二号可调谐激光器的波段不同，可检测光声效应处于不同波段的不同种类气体；

所述一号可调谐激光器、二号可调谐激光器均被脉冲调制，调制频率设置为与所述差分亥姆霍兹谐振器的共振频率匹配。

可选的，所述差分亥姆霍兹谐振器包括两个相同的由玻璃制成的圆柱形隔室、两个相同的毛细玻璃管、两个相同的套管式通气口、两个相同的三通阀、四个相同的玻璃窗口镜以及两个相同的反射镜；

所述差分亥姆霍兹谐振器呈对称机构；两个所述隔室平行放置，所述玻璃窗口镜设置在所述隔室的两端，所述玻璃窗口镜设置在所述隔室的两端；所述玻璃窗口镜可让激光通过，所述玻璃窗口镜倾斜放置，以避免向激光器直接反射；

两个所述隔室通过两个毛细玻璃管连接；

所述三通阀设置在所述毛细玻璃管的中间；所述三通阀设置在所述毛细玻璃管的中间；所述套管式通气口与所述三通阀连接，所述套管式通气口与所述三通阀连接；

所述一号可调谐激光器和所述一号带孔毛玻璃放置在所述隔室设置所述玻璃窗口镜的一侧；

所述反射镜倾斜放置在所述隔室设置所述玻璃窗口镜的一侧；

所述二号可调谐激光器和所述二号带孔毛玻璃放置在所述隔室设置所述玻璃窗口镜的一侧；

所述反射镜倾斜放置在所述隔室设置所述玻璃窗口镜的一侧；

可选的，两个所述毛细玻璃管的长度与两个所述隔室相同；两个所述隔室之间的直线距离与两个所述毛细玻璃管的长度相同，两个所述毛细玻璃管与两个所述隔室垂直。

可选的，所述一号可调谐激光器、一号带孔毛玻璃、所述隔室、所述玻璃窗口镜以及反射镜依次放置，且各部件几何中心设置在同一条直线上；自所述一号可调谐激光器发射的激光可通过所述一号带孔毛玻璃中心的小孔向前沿所述隔室、所述玻璃窗口镜以及反射镜的几何中心传播；

所述二号可调谐激光器、二号带孔毛玻璃、所述隔室、所述玻璃窗口镜以及反射镜依次放置，且各部件几何中心设置在同一条直线上；自所述二号可调谐激光器发射的激光可通过所述二号带孔毛玻璃中心的小孔向前沿所述隔室、所述玻璃窗口镜以及反射镜的几何中心传播。

可选的，两个所述驻极体麦克风分别设置在两个所述隔室的中间位置。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种变压器油中气体检测装置，包括：差分亥姆霍兹谐振器、激光源单元、光声信号探测单元；激光源单元包括一号可调谐激光器、二号可调谐激光器、一号带孔毛玻璃以及二号带孔毛玻璃；一号带孔毛玻璃位于一号可调谐激光器与差分亥姆霍兹谐振器之间；二号带孔毛玻璃位于二号可调谐激光器与差分亥姆霍兹谐振器之间；光声信号探测单元包括两个驻极体麦克风、锁相放大器和示波器；两个驻极体麦克风与锁相放大器、所述示波器连接；两个驻极体麦克风探测到的声信号为异相的，声信号输入锁相放大器进行差分运算放大后输入示波器进行显示。本申请一种变压器油中气体检测装置利用两个可调谐激光器，在无需更换激光器的情况下就可检测吸收效应在不同波段的气体。可用于检测CO，CO

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种变压器油中气体检测装置结构示意图；

图2为本申请一种变压器油中气体检测装置O

图3为本申请一种变压器油中气体检测装置CO

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

光声光谱气体检测技术基于气体的吸收效应，激光与待测气体之间发生吸收效应会产生的声压，我们将此称为光声效应，通过声压的大小，可以表征气体浓度，本方案涉及基于差分亥姆霍兹谐振腔增强光声光谱技术。

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

参见图1，为本申请一种变压器油中气体检测装置结构示意图；如图1所示，本装置包括三个部分：差分亥姆霍兹谐振器、激光源单元、光声信号探测单元。

激光源单元包括：一号可调谐激光器1、二号可调谐激光器20、一号带孔毛玻璃2、二号带孔毛玻璃19；一号可调谐激光器1为红色光波段的分布式反馈二极管激光器，在本实例中被调节到760nm附近，用于检测O

差分亥姆霍兹谐振器包括两个相同的由玻璃制成的圆柱形隔室4和隔室16，两个隔室4和隔室16的长度均为10cm-15cm；隔室4和隔室16内径均为1cm-2cm；两个相同的毛细管玻璃管8和毛细管玻璃管11，毛细管玻璃管8和毛细管玻璃管11的内径均为0.2cm-0.3cm；两个相同的套管式通气口9和套管式通气口13，两个相同的三通阀10和三通阀12，四个相同的玻璃窗口镜3、玻璃窗口镜6、玻璃窗口镜15和玻璃窗口镜18，两个反射镜7和反射镜14。

差分亥姆霍兹谐振器整体上呈对称分布，隔室4和隔室16之间间隔一段距离平行放置，玻璃窗口镜3、玻璃窗口镜6、玻璃窗口镜15和玻璃窗口镜18分别安装在隔室4和隔室16的末端，可让激光通过。每个窗口镜略微倾斜，以避免向激光器直接反射，本实施例中当镜面垂线与隔室轴线的倾斜角度为5、8、10度时，均可有效避免向激光器直接反射。

隔室4和隔室16通过毛细管玻璃管8和毛细管玻璃管11连接，毛细管玻璃管8、毛细管玻璃管11与隔室4和隔室16的连接位置距离隔室4和隔室16末端为1cm或2cm。在毛细管玻璃管8的中间设有三通阀10，毛细管玻璃管11的中间设有三通阀12；三通阀10和三通阀12分别与套管式通气口9和套管式通气口13连接，分别作为进气口和出气口。

反射镜7和反射镜14与隔室4和隔室16间隔一段距离放置在隔室4和隔室16之后。隔室4和隔室16的长度均为10cm，内径均为1cm。毛细管玻璃管8和毛细管玻璃管11的长度与隔室4和隔室16的长度相同，内径均为0.2cm。平行放置的隔室4和隔室16之间的直线距离与毛细管玻璃管8和毛细管玻璃管11的长度相等，毛细管玻璃管8和毛细管玻璃管11与隔室4和隔室16之间为垂直连接。

光声信号探测单元中的驻极体麦克风5和驻极体麦克风17分别安装在隔室4和隔室16的中间，驻极体麦克风5和驻极体麦克风17探测到的声信号为异相的，输入锁相放大器21进行差分运算放大后输入示波器22进行显示。

激光源单元和差分亥姆霍兹谐振器中，各部件按照一号可调谐激光器1、一号带孔毛玻璃2、玻璃窗口镜3、隔室4、玻璃窗口镜6以及反射镜7依次放置，且各部件几何中心设置在同一条直线上；自一号可调谐激光器1发射的激光可通过一号带孔毛玻璃2中心的小孔向前沿玻璃窗口镜3、隔室4、玻璃窗口镜6以及反射镜7的几何中心传播；反射镜7呈一定角度倾斜放置在玻璃窗口镜6后，角度可设置为2度、3度或5度。

二号可调谐激光器20、二号带孔毛玻璃19、玻璃窗口镜18、隔室16、玻璃窗口镜15以及反射镜14依次放置，且各部件几何中心设置在同一条直线上；自二号可调谐激光器20发射的激光可通过二号带孔毛玻璃19中心的小孔向前沿玻璃窗口镜18、隔室16、玻璃窗口镜15以及反射镜14的几何中心传播；反射镜14呈一定角度倾斜放置在玻璃窗口镜15后，角度可设置为2度、3度或5度。

激光在经过反射镜7和反射镜14反射后会再次通过隔室4和隔室16，使光声效应作用路径长度加倍，而由于反射镜7和反射镜14的倾斜，后向反射光路与前向传播光路呈微小角度，会被一号带孔毛玻璃2、二号带孔毛玻璃19挡住，不会反射回一号可调谐激光器1、二号可调谐激光器20。

本方案中的差分亥姆霍兹谐振腔由两部分组成，且该两个部分对称设置。差分亥姆霍兹谐振腔的两个相同的玻璃制成的圆柱形隔室4和隔室16内通过不同的波段的激光，对应于光声效应在不同波段的气体；隔室4和隔室16通过两个毛细管玻璃管8和毛细管玻璃管11连接。当发生光声效应时，声压会在通过毛细管玻璃管8和毛细管玻璃管11在隔室4和隔室16之间循环传播；如果对激光进行脉冲调制，在隔室4和隔室16中会分别生成两个周期性的声压波，它们具有相同的频率与幅值，但相位相反。如果调制激光脉冲的频率，使其与差分亥姆霍兹谐振腔的共振频率相同，则会产生最大幅值的驻波(共振光声信号)，使光声信号增强。隔室4和隔室16的中间分别设有驻极体麦克风5和驻极体麦克风17作为声传感器，驻极体麦克风5和驻极体麦克风17的检测的信号进入锁相放大器进行差分运算后通入示波器。

差分亥姆霍兹谐振腔增强光声光谱的特点在于：两个相同的隔室4和隔室16组成的对称谐振器产生的异相的光声吸收信号，而在两个隔室4和隔室16中包括流动噪声的噪声是同相的。因此，通过差分检测的方式，可以使信号加倍，并在很大程度上消除了噪声，从而实现待测气体的高灵敏度检测。

参见图2，为本申请一种变压器油中气体检测装置O

在检测时，先关闭二号可调谐激光器20，调制一号可调谐激光器1，使波长为764.3nm，脉冲频率为260Hz，方波占空比为50％，通过套管式通气口9通入50000ppm的O

参见图3，为本申请一种变压器油中气体检测装置CO

关闭一号可调谐激光器1，调制二号可调谐激光器20，使波长为1.573μm，脉冲频率为220Hz，方波占空比为50％，通过套管式通气口13通入1000ppm的CO

由以上技术方案可知，本申请提供的一种变压器油中气体检测装置，包括：差分亥姆霍兹谐振器、激光源单元、光声信号探测单元；激光源单元包括一号可调谐激光器1、二号可调谐激光器20、一号带孔毛玻璃2以及二号带孔毛玻璃19；一号带孔毛玻璃2位于一号可调谐激光器1与差分亥姆霍兹谐振器之间；二号带孔毛玻璃19位于二号可调谐激光器20与差分亥姆霍兹谐振器之间；光声信号探测单元包括驻极体麦克风5、驻极体麦克风7、锁相放大器21和示波器22；驻极体麦克风5、驻极体麦克风7与锁相放大器21、所述示波器22连接；驻极体麦克风5、驻极体麦克风7探测到的声信号为异相的，声信号输入锁相放大器21进行差分运算放大后输入示波器22进行显示。本申请一种变压器油中气体检测装置利用两个可调谐激光器，在无需更换激光器的情况下就可检测吸收效应在不同波段的气体。可用于检测CO，CO

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。