本發(fā)明涉及一種tdlas檢測sf6電氣設備中濕度的裝置及方法，屬于sf6電氣設備現(xiàn)場檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

sf6電氣設備中水分主要來源于sf6新氣或sf6再生氣體中本身含有水分、sf6設備在組裝維修檢查和充補氣過程當中所混入的水分、在組裝以及維修檢查高壓電器設備的時候，可能會把空氣當中所包含的水分帶入設備的內(nèi)部中。絕緣材料以及設備當中的吸附劑其本身含有水、分大氣中的水分經(jīng)由sf6電氣設備密封薄弱環(huán)節(jié)而滲透到設備的內(nèi)部等等，sf6氣體含水量比較高的時候，在絕緣材料表面結(jié)露的現(xiàn)象便會極易發(fā)生，這會致使設備絕緣下降，在嚴重的時候會發(fā)生閃絡擊穿等事故。且水分含量過高會導致一系列連鎖反應，加速設備內(nèi)部腐蝕。檢測sf6電氣設備的水分含量十分必要，在ieee標準、國家標準、電力行業(yè)標準及企業(yè)標準中均要求作濕度定量檢測，并規(guī)定了標準值，可見其必要性。

現(xiàn)有的檢測方法主要為sf6電氣設備中的水分監(jiān)測主要包含露點法、阻容法、電解法和重量法。露點法(冷鏡法)是測量氣體所含水分的凝露及濕度，也是目前電力行業(yè)目前測量濕度的主流方法。露點法也存在一定的不足之處。例如若六氟化硫氣體中有少量以蒸汽形式存在的烴類或電弧分解產(chǎn)物，這些物質(zhì)在水分凝露之前就要凝露，從而影響測量結(jié)果。此外，環(huán)境溫度太高或太低都會影響凝露的結(jié)果，嚴重時甚至不能凝露。阻容法也是目前測量濕度的主流方法。它的不足之處在于不可逆衰減，誤差會隨使用時間和次數(shù)越來越大，且存在受現(xiàn)場電磁干擾問題。電解法現(xiàn)在基本不被使用，這是由于現(xiàn)場測量前，測量系統(tǒng)本身并不干燥，往往有本底值，使測量結(jié)果不夠精確。重量法則是仲裁方法，但僅適宜于實驗室，不能用于現(xiàn)場檢測sf6電氣設備中濕度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種tdlas檢測sf6電氣設備中濕度的裝置及方法，該方案在激光器驅(qū)動電流上疊加低頻三角波的同時還疊加一個高頻正弦信號實現(xiàn)激光器的波長調(diào)制，紅外光束經(jīng)氣體吸收后，由光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后進入鎖相放大器，經(jīng)正弦信號的倍頻信號解調(diào)先得到與被測氣體濃度相關(guān)的諧波信號，再通過檢測諧波信號的大小，從而得到被測氣體的濃度，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種tdlas檢測sf6電氣設備中濕度的裝置，包括tdlas控制器、電源模塊、激光發(fā)射端、檢測光路系統(tǒng)和接收端，所述的電源模塊輸出端與tdlas控制器電源接口輸入端連接；tdlas控制器分別與激光發(fā)射端和接收端連接；檢測光路系統(tǒng)在激光發(fā)射端和接收端之間。

所述的tdlas控制器包括oem模塊、溫度控制模塊和擴展模塊。

所述的激光發(fā)射端包括激光器和底座。

所述的檢測光路系統(tǒng)為長光程多反腔吸收池或開放光路透鏡。

所述的接收端包括光電二極管、放大電路、偏壓電路和濾波電路，首先光信號通過光電二極管探測轉(zhuǎn)換為微弱的電信號，然后連接放大電路通過放大電路對電信號進行放大，最后經(jīng)過濾波電路對其進行濾波。其中偏壓電路提高光電二極管的反應靈敏度。

所述的激光發(fā)射端和檢測光路系統(tǒng)之間設置有準直單元，準直單元為透鏡或光纖準直器。

所述的檢測光路系統(tǒng)和接收端之間設置有聚焦透鏡。

所述的激光發(fā)射端、檢測光路系統(tǒng)、接收端、準直單元和聚焦透鏡在同一直線上。

所述的光纖準直器為蝶形。

其tdlas檢測sf6電氣設備中濕度的檢測方法為：在激光器驅(qū)動電流上疊加低頻三角波的同時還疊加一個高頻正弦信號實現(xiàn)激光器的波長調(diào)制，紅外光束經(jīng)氣體吸收后，由光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后進入鎖相放大器，經(jīng)正弦信號的倍頻信號解調(diào)先得到與被測氣體濃度相關(guān)的諧波信號，再通過檢測諧波信號的大小，從而得到被測氣體的濃度。

與現(xiàn)有技術(shù)對比，本發(fā)明有以下技術(shù)效果：

其一，不受環(huán)境溫度限制，任何溫度下均可以在現(xiàn)場檢測設備中水分含量.

其二，不受其他氣體組分的干擾，準確檢測sf6電氣設備中濕度(水分含量)。

其三，靈敏度高，且不受現(xiàn)場電磁干擾，且光學方法檢測不存在不可逆衰減，檢測壽命長，適用于現(xiàn)場電氣設備中濕度檢測。

綜上所述，可調(diào)諧激光法檢測sf6氣體中水分完全可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，優(yōu)勢明顯。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的裝置原理圖；

圖2為tdlas的檢測原理圖；

圖3為h2o紅外吸收譜線圖；

附圖中的標記符號說明：

1、tdlas控制器；2、電源模塊；3、激光發(fā)射端；4、檢測光路系統(tǒng)；5、接收端，6、準直單元，7、聚焦透鏡。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1-3所示，本發(fā)明的一種tdlas檢測sf6電氣設備中濕度的裝置，包括tdlas控制器1、電源模塊2、激光發(fā)射端3、檢測光路系統(tǒng)4、接收端5、準直單元6、聚焦透鏡7，電源模塊2輸出端與tdlas控制器1電源接口輸入端連接；tdlas控制器1分別與激光發(fā)射端3和接收端5連接；檢測光路系統(tǒng)4在激光發(fā)射端3和接收端5之間；檢測光路系統(tǒng)(4)和接收端(5)之間設置有聚焦透鏡(7)；激光發(fā)射端(3)、檢測光路系統(tǒng)(4)、接收端(5)、準直單元(6)和聚焦透鏡(7)在同一直線上；光纖準直器為蝶形。

tdlas是tunablediodelaserabsorptionspectroscopy的簡稱，中文翻譯為可調(diào)諧二極管激光吸收光譜?？烧{(diào)諧二極管激光吸收光譜(tdlas)技術(shù)是利用二極管激光器波長調(diào)諧特性，獲得目標氣體的特征吸收光譜范圍內(nèi)的吸收光譜，從而對目標氣體進行定性或者定量分析。tdlas技術(shù)的理論基礎是lambert·beer定律。

根據(jù)lambert·beer定律：

i(v)＝i0(v)exp(-s(t)g(v-v0)nl)(1)

(其中，光強與功率是成正比關(guān)系，i(v)為光通過氣體后的光強，s(t)為與溫度t有關(guān)的光強，g(v–v0)為吸收函數(shù)，n為氣體的分子數(shù)濃度，l為樣品光程長度，v0為吸收譜線的中心頻率。)

其中i0(v)與l是已知的，i(v)是實驗平臺搭建后用光電二極管測出，需要求的就是n。其中g(shù)(v-v0)是系數(shù)，通過實驗得出，不同的測量環(huán)境，系數(shù)會有所不同。s(t)對于同一種氣體在一定溫度下為一常量。根據(jù)以上可以算出n，即可得出濃度。

首先需要確定目標氣體分析譜線，從而確定系統(tǒng)激光光源的波長。在tdlas技術(shù)中，氣體分子目標吸收譜線選擇一般遵循以下幾條原則：

1.選擇的吸收譜線必須有足夠的線強度，以提高檢測靈敏度和信噪比；

2.通過可調(diào)諧激光法對光進行調(diào)制可以避免其它氣體成分對所選擇的吸收譜線產(chǎn)生干擾；

3.保證有可靠的激光二極管光源滿足吸收譜線檢測的需要。

譜線分析依據(jù)hitran數(shù)據(jù)庫提供的數(shù)據(jù)。hitran數(shù)據(jù)庫是由劍橋空氣動力研究實驗室開發(fā)的每年不斷更新的高精度遷移分子數(shù)據(jù)庫，它被廣泛地應用于痕量氣體檢測、大氣污染物研究等，并為使用lambert-beer定律提供各種參數(shù)，比如吸收譜線的線強、位置以及一些加寬系數(shù)等。通過這個光譜數(shù)據(jù)庫對h2o氣體的紅外光譜特性的分析，確定目標氣體h2o的最優(yōu)分析譜線為2460nm，即圖3中第2個峰。h2o吸收譜線如圖3所示，圖中顯示為波數(shù)。

圖1中oem模塊為激光發(fā)射控制模板，控制激光器的發(fā)射部分。其它模板控制接收端放大電路、偏壓電路、濾波電路、光電二級管等部分。

一般而言，由于分子結(jié)構(gòu)不同，每種氣體只對那些能量與其分子能級相應的光子有吸收作用，在光譜上反映為每種氣體的特征吸收光譜。當氣體受到紅外光束照射時，該氣體就要吸收一部分對應其特征波長的光能，使紅外光束的光強減小，根據(jù)比爾朗伯特定律，通過檢測光強的衰減程度就可以獲取氣體的濃度信息。然而，在中紅外區(qū)域內(nèi)，氣體對光的吸收比較微弱。因此，從背景噪聲中提取微小信號是檢測的關(guān)鍵技術(shù)。

采用可調(diào)諧二極管激光吸收光譜技術(shù)(tunablediodelaserabsorptionspectroscopy，tdlas)提高檢測靈敏度。系統(tǒng)基本原理如圖2所示，在激光器驅(qū)動電流上疊加低頻三角波的同時還疊加一個高頻正弦信號實現(xiàn)激光器的波長調(diào)制，紅外光束經(jīng)氣體吸收后，由光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后進入鎖相放大器，經(jīng)正弦信號的倍頻信號解調(diào)就得到與被測氣體濃度相關(guān)的諧波信號。通過檢測諧波信號的大小，實現(xiàn)被測氣體濃度的測量。

采用紅外調(diào)諧半導體激光吸收光譜氣體檢測方法，結(jié)合高靈敏波長調(diào)制光譜技術(shù)與緊湊型多次反射光學吸收池技術(shù)，實現(xiàn)水分含量檢測。圖1所示為設計原理，主要由光學系統(tǒng)、電子學及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。光學系統(tǒng)包括用于h2o光譜檢測的近紅外dfb半導體激光光源、開放式緊湊型多次反射長光程光學吸收池和參考吸收池，以及光學準直透鏡及傳輸光纖，電子學部分包括激光器溫度和電流控制電路、調(diào)制信號發(fā)生電路、相敏檢測電路、光電探測器等組成，半導體激光器經(jīng)過光纖輸出，準直后由入射窗口耦合進光學吸收池，光束在吸收池經(jīng)過多次反射后經(jīng)過出射光學窗口出射，出射光束經(jīng)過參考吸收池后被聚焦在一個光電探測器光敏面上，光電信號送相敏檢測電路進行二次諧波檢測。數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)對氣體吸收的二次諧波信號進行a/d轉(zhuǎn)換和數(shù)字采集后經(jīng)多次累加處理，用以實時反演氣體濃度。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。