本發(fā)明是一種改進(jìn)型的油中氣體檢測(cè)方法與裝置，涉及工業(yè)設(shè)備安全檢測(cè)及維護(hù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

油中溶解氣體分析(dissolved gases analysis，DGA)技術(shù)是目前對(duì)充油電力設(shè)備進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)的重要手段。因?yàn)镈GA能夠在無(wú)需停電的情況下進(jìn)行，不受外界電場(chǎng)和磁場(chǎng)因素的影響，已經(jīng)被世界各國(guó)公認(rèn)為是監(jiān)測(cè)和診斷充油電力變壓器早期故障、預(yù)防災(zāi)難性事故的最好的方法，并形成了系列標(biāo)準(zhǔn)。

變壓器的故障會(huì)使其在運(yùn)行中緩慢產(chǎn)生多種氣體，包括短鏈烴類氣體(如CH和C2H2等)，H2，CO和CO等，其中，CO與CO的體積分?jǐn)?shù)可作為固體絕緣材料受熱分解的指示氣體。在《變壓器有種溶解氣體分析和判斷指導(dǎo)細(xì)則》中指出，隨著油和固體絕緣材料的老化，CO和CO2會(huì)呈現(xiàn)有規(guī)律的增長(zhǎng)。目前，電力部門(mén)主要采用氣相色譜對(duì)變壓器油中溶解的CO與CO2的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行測(cè)量，其主要缺點(diǎn)是需要將其用鎳轉(zhuǎn)化為CH4進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)需同時(shí)考察其轉(zhuǎn)化率。鎳觸媒的質(zhì)量、轉(zhuǎn)化溫度和色譜柱容量都可能影響轉(zhuǎn)化率，因此，氣相色譜對(duì)CO和CO2的測(cè)量的靈敏度與準(zhǔn)確度低于短鏈烴類與H2。

本發(fā)明的目的在于提供一種成本低、靈敏度高、可靠性高、可維護(hù)性好的光聲光譜測(cè)量方法與系統(tǒng)?？捎糜诠I(yè)上的油中氣體檢測(cè)。相較于其他的檢測(cè)方法，光聲光譜能夠?qū)ψ儔浩髦械腃O與CO2，以及其他烴類氣體進(jìn)行直接檢測(cè)，避免了由觸媒因素帶來(lái)的檢測(cè)結(jié)果誤差。此外相對(duì)于其他氣體檢測(cè)系統(tǒng)，我們?cè)O(shè)計(jì)采用了雙腔體結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)單腔體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的壓強(qiáng)、溫度的不一致帶來(lái)的測(cè)量結(jié)果誤差。我們?cè)诓杉倪^(guò)程中，直接通過(guò)串口或者濾波器將測(cè)量波形導(dǎo)出，實(shí)時(shí)分析，使得整個(gè)系統(tǒng)更加實(shí)時(shí)、高效。此外，由于節(jié)約了觸媒了使用，本系統(tǒng)的構(gòu)造成本相較于傳統(tǒng)的光聲光譜檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，大大降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種解決目前絕緣油中氣體含量在線監(jiān)測(cè)類產(chǎn)品檢測(cè)精度低、穩(wěn)定性能差、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)困難的問(wèn)題，配合現(xiàn)場(chǎng)的油氣分離單元，電氣控制單元等，研制出一套完整的變壓器油中氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。包括光聲光譜反應(yīng)腔體的設(shè)計(jì)構(gòu)造，以及末端信號(hào)采集電路系統(tǒng)。其中光聲光譜反應(yīng)腔體部分主要分為光源，斬波輪，濾光片，步進(jìn)電機(jī)，光聲池以及微音器。后端的信號(hào)檢測(cè)采集電路分為以下幾個(gè)模塊：采集到的原始信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離電路、前級(jí)放大、帶通濾波、跟隨電路、后級(jí)放大、二級(jí)跟隨電路，再經(jīng)AD7606同步采樣AD芯片到達(dá)處理器。

附圖說(shuō)明

圖1為光聲光譜油中氣體檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為光聲光譜油中氣體檢測(cè)系統(tǒng)反應(yīng)腔體結(jié)構(gòu)圖。

圖3為光聲光譜油中氣體檢測(cè)系統(tǒng)氣路原理圖。

圖4為光聲光譜油中氣體檢測(cè)系統(tǒng)脫氣機(jī)工作流程圖。

圖5為光聲光譜油中氣體檢測(cè)功能流程框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1所示，光聲光譜油中氣體檢測(cè)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，第一個(gè)部分是信號(hào)源，由紅外光源，斬波輪組成，這兩個(gè)模塊組成了光聲光譜中的檢測(cè)源。第二個(gè)部分是氣體反應(yīng)腔室部分，光源入射到光聲池中會(huì)被氣體吸收一部分能量，該氣體中部分分子吸收光能而被激發(fā)到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)分子通過(guò)無(wú)輻射碰撞弛豫返回至基態(tài)時(shí)，將釋放一定的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w分子的平動(dòng)動(dòng)能。氣體分子的平動(dòng)動(dòng)能升高意味著溫度的升高，當(dāng)容器為密閉時(shí)，就意味著氣體壓力的升高。當(dāng)光束被一定頻率的斬波器調(diào)制時(shí)，則壓力會(huì)隨斬波器頻率周期性變化。光聲池內(nèi)的微音器將檢測(cè)到該聲壓并把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光聲信號(hào)的產(chǎn)生和檢測(cè)是一個(gè)光、熱、聲、電的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程。第三個(gè)部分是信號(hào)處理部分，通過(guò)電路的直流分離、增益放大、帶通濾波等模塊，到達(dá)串口的數(shù)據(jù)具有良好的辨識(shí)效果，方便后期的信號(hào)處理。

如圖2所示，光聲池部分是本系統(tǒng)的核心部分，任何微小的外界或者是內(nèi)部的環(huán)境以及噪聲影響，都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，這也就是為何將傳統(tǒng)的單腔體的通道改為雙腔體的緣故。光源經(jīng)過(guò)斬波輪調(diào)制后，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的濾光片進(jìn)入到光聲池中，光聲池中的待測(cè)氣體經(jīng)過(guò)調(diào)制光源照射后會(huì)跟隨著其調(diào)制頻率產(chǎn)生周期聲壓信號(hào)并被檢測(cè)到。

如圖3所示，整個(gè)光聲氣體檢測(cè)系統(tǒng)的氣路原理圖，整個(gè)氣路原理圖可分為以下兩個(gè)部分。第一部分是油氣分離裝置和光聲池，將油中待測(cè)氣體分離后，通過(guò)K1進(jìn)氣閥，K2排氣閥使整個(gè)腔體內(nèi)的氣體達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，這個(gè)穩(wěn)定最主要的參考指標(biāo)是溫度和壓強(qiáng)，可以通過(guò)溫度傳感器T和壓力傳感器P來(lái)測(cè)量。第二部分是氣泵以及H2氣體腔，在測(cè)量前，通過(guò)氣泵將H2泵入后端氣體回路中，通過(guò)控制排氣孔K3，K4，K5來(lái)確保上次殘留的氣體都被排放出去，而整個(gè)氣體回路中僅剩下與反應(yīng)無(wú)關(guān)的氣體。

圖4展示的是光聲光譜油中氣體檢測(cè)系統(tǒng)脫氣機(jī)工作流程圖，在開(kāi)始進(jìn)行光聲檢測(cè)的之前，我們要進(jìn)行的工作是脫氣排氣工作，這樣做的目的，一是為了將所有氣體通道的雜質(zhì)氣體排放出去，二是為了使整個(gè)設(shè)備達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。整個(gè)脫氣時(shí)間要持續(xù)至少30min的時(shí)間，這個(gè)是可以通過(guò)程序控制調(diào)整的。當(dāng)達(dá)到了預(yù)定的脫氣時(shí)間以后，就啟動(dòng)紅外光源，啟動(dòng)紅外光源并不是開(kāi)始檢測(cè)，而是使光源預(yù)熱達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，然后記錄壓強(qiáng)示數(shù)，讓K1，K2閥門(mén)打到0位置，也就是關(guān)閉位置，結(jié)束整個(gè)脫氣流程。

如圖5所示，光聲光譜油中氣體檢測(cè)功能流程框圖，在開(kāi)始的時(shí)候，排氣孔K3打到1位，記錄此時(shí)此刻壓強(qiáng)的讀數(shù)，我們將持續(xù)將K3維持在高位，直到壓強(qiáng)P的讀數(shù)為初始?jí)簭?qiáng)P0±200KPa。待壓強(qiáng)穩(wěn)定以后，我們將K3排氣孔閥門(mén)歸到0位，此刻我們啟動(dòng)直流電機(jī)，并且啟動(dòng)斬波輪，使斬波輪打到額定的轉(zhuǎn)速，等到這一步結(jié)束以后，我們啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使濾鏡轉(zhuǎn)到初始設(shè)定的位置，然后在每個(gè)鏡片前我們停留一分鐘，這個(gè)一分鐘是預(yù)留給氣體的測(cè)試時(shí)間，可以通過(guò)程序來(lái)控制。在我們的試驗(yàn)中，為了進(jìn)一步完整的測(cè)試出油中所含氣體的成分，我們一共設(shè)立了七個(gè)濾光片，分別測(cè)試其中不同的氣體：CO，CO2，CH4，C2H4，C2H2，C2H6，H2O(準(zhǔn)確的說(shuō)是六中，最后一個(gè)H2O是為了檢測(cè)混合氣體中的微量水蒸氣)。

最后說(shuō)明的是，以上結(jié)合附圖所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，而并非本發(fā)明的保護(hù)范圍的限定，任何基于本發(fā)明精神所做的改進(jìn)或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。