6氣體成分在線實時監(jiān)測的裝置的工作過程具體如下:首先選擇待測氣體位于待定頻率(該待定頻率與量子級聯(lián)激光的波長相對應(yīng))的某一吸收譜線，通過調(diào)制量子級聯(lián)激光器的工作電流使激光波長掃描過該吸收譜線，通過檢測激光經(jīng)過SF6電氣設(shè)備后所產(chǎn)生的激光吸收譜，對其進行高精度信號采樣和提取，從而獲得“單線吸收光譜”數(shù)據(jù)，與標(biāo)準的激光吸收譜(目前常用的氣體分子紅外吸收譜線數(shù)據(jù)庫HITRAN中已包含常見氣體的吸收光譜數(shù)據(jù))進行比對，最后根據(jù)比爾朗伯定理，通過以下公式計算出電氣設(shè)備中氣體成分及其濃度。
[0051]Iin= I OU1.exp (- a mCL)；
[0052]其中，IinS輸入光強度，I ■為輸出光強度，a 摩爾分子吸收系數(shù)，L為光源到光電檢測器的距離長度，C為待測氣體的濃度。
[0053]因此，只需要測得I1JP I ■，根據(jù)已知的常數(shù)L和(V即可計算出待測氣體濃度C的值。
[0054]本發(fā)明實施例中采用量子級聯(lián)激光器作為激光光源。量子級聯(lián)激光器在脈沖模式下工作，激光器溫度和電流調(diào)節(jié)控制部分電路通過改變量子級聯(lián)激光器的溫度、電流和脈寬來調(diào)諧激光波長，使得在一個脈沖內(nèi)激光的波長范圍△ λ內(nèi)含有被測氣體的吸收譜線。例如波長7.43 μm可檢測S02，而波長10.5 μπι可檢測SF6。
[0055]本發(fā)明實施例提供的一種SF6氣體成分在線實時監(jiān)測的裝置，調(diào)制信號源為脈沖信號源為光源電路20提供電流脈沖，控制光源電路的工作電流和脈沖寬度，通過溫控電路控制光源電路的溫度，從而使量子級聯(lián)激光器產(chǎn)生所需波長的量子級聯(lián)激光，在確定待測氣體的吸收光譜后即可確定SF6的濃度，從而不需要對氣體采樣即可實現(xiàn)實時監(jiān)測5?6氣體成分。
[0056]優(yōu)選的，參見圖3所示，控制電路10還包括通信電路；該通信電路用于將采集到的吸收光譜數(shù)據(jù)上報至上位機或主站。上位機或主站通過通信電路與本發(fā)明實施例提供的裝置進行指令傳輸和數(shù)據(jù)交互，從而實現(xiàn)遠端在線實時操作。
[0057]基于同樣的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明實施例還提供一種基于上述裝置的SF6氣體成分在線實時監(jiān)測的方法，具體的，參見圖4所示，包括:
[0058]步驟401:確定待測氣體位于相對應(yīng)的待定頻率的吸收譜線。
[0059]其中，待測氣體為SF6電氣設(shè)備中的氣體，包括SF 6氣體和/或SF 6分解產(chǎn)物。
[0060]步驟402:通過調(diào)制光源電路的溫度、電流和脈寬使光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光的波長掃描過吸收譜線，調(diào)諧光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光的波長與待測氣體的檢測波長相對應(yīng)。
[0061]步驟403:量子級聯(lián)激光通過SF6電氣設(shè)備后產(chǎn)生激光吸收譜，對激光吸收譜進行采樣后確定單線吸收光譜。
[0062]步驟404:將單線吸收光譜與標(biāo)準激光吸收譜進行比對，確定檢測氣體中包含的氣體成分及其濃度。
[0063]其中，根據(jù)氣體分子紅外吸收譜線數(shù)據(jù)庫HITRAN中的吸收光譜數(shù)據(jù)確定標(biāo)準激光吸收譜。
[0064]具體的，步驟404中確定檢測氣體中的氣體成分的濃度，包括:
[0065]根據(jù)以下公式確定檢測氣體中的氣體成分的濃度:
[0066]Iin= I OU1.exp (- a mCL)；
[0067]其中，IinS輸入光強度，I ■為輸出光強度，a 摩爾分子吸收系數(shù)，L為光源到光電檢測器的距離長度，C為待測氣體的濃度。
[0068]優(yōu)選的，當(dāng)待測氣體為SFf^，檢測波長為10.5±0.1 μ m ;當(dāng)SF 6分解產(chǎn)物為SO2時，檢測波長為7.43 ±0.01 μ m。
[0069]本發(fā)明實施例提供的一種SF6氣體成分在線實時監(jiān)測的裝置，充分利用量子級聯(lián)激光技術(shù)的先進成果，以實現(xiàn)對3匕氣體成分的高精度在線測量。SF6電氣設(shè)備的兩側(cè)設(shè)有透明窗，采用激光吸收譜檢測技術(shù)對SF6i氣設(shè)備中的氣體成分進行非接觸式的在線監(jiān)測，實現(xiàn)實時監(jiān)測3匕氣體成分；控制電路可對量子級聯(lián)激光器光源進行連續(xù)調(diào)諧，還可以在線監(jiān)測SF6分解產(chǎn)物，同時保證了在線監(jiān)測效果的穩(wěn)定性。本發(fā)明實施例克服了使用壽命短、體積龐大、穩(wěn)定性差等缺點，具有精度高、實時性好、成本適中等優(yōu)點，具備較高的應(yīng)用價值。
[0070]本發(fā)明能有多種不同形式的【具體實施方式】，上面以圖1-圖4為例結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作舉例說明，這并不意味著本發(fā)明所應(yīng)用的具體實例只能局限在特定的流程或?qū)嵤├Y(jié)構(gòu)中，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，上文所提供的具體實施方案只是多種優(yōu)選用法中的一些示例，任何體現(xiàn)本發(fā)明權(quán)利要求的實施方式均應(yīng)在本發(fā)明技術(shù)方案所要求保護的范圍之內(nèi)。
[0071]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種SF 6氣體成分在線實時監(jiān)測的裝置，其特征在于，包括:控制電路、光源電路、光電檢測電路和SF6i氣設(shè)備； 所述控制電路與所述光源電路相連，用于通過控制所述光源電路的溫度、電流和脈寬來調(diào)諧所述光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光的波長； 所述SF6電氣設(shè)備的兩側(cè)設(shè)有透明窗，所述光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光依次通過所述SF6電氣設(shè)備兩側(cè)的透明窗后發(fā)射至所述光電檢測電路的接收端； 所述光電檢測電路與所述控制電路相連，并對接收的量子級聯(lián)激光進行放大處理后傳輸至所述控制電路；所述控制電路對所述光電檢測電路發(fā)送的信號進行采樣，獲取激光吸收譜數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述激光吸收譜確定SF6氣體和/或SF 6分解產(chǎn)物的濃度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制電路包括:控制器、調(diào)制信號源、脈沖信號源、溫控電路和數(shù)據(jù)采集電路；所述控制器分別與所述調(diào)制信號源、脈沖信號源、溫控電路和數(shù)據(jù)采集電路相連； 所述調(diào)制信號源、脈沖信號源與所述光源電路相連，用于為所述光源電路提供電流脈沖； 所述溫控電路與所述光源電路相連，用于控制所述光源電路的溫度； 所述數(shù)據(jù)采集電路與所述光電檢測電路相連，用于接收所述光電檢測電路進行放大處理后的信號。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述光源電路包括:量子級聯(lián)激光器、電流脈沖驅(qū)動電路和溫度電路； 所述電流脈沖驅(qū)動電路與所述調(diào)制信號源和脈沖信號源相連；所述溫度電路與所述溫控電路相連。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述光電檢測電路包括:檢測電路和放大器; 所述檢測電路用于接收所述光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光，所述放大器用于將所述量子級聯(lián)激光進行放大，并傳輸至所述數(shù)據(jù)采集電路。5.根據(jù)權(quán)利要求2-4任一所述的裝置，其特征在于，所述控制電路還包括通信電路；所述通信電路用于將采集到的吸收光譜數(shù)據(jù)上報至上位機或主站。6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的裝置，其特征在于，所述光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光的波長與所述SF6氣體和/或SF 6分解產(chǎn)物的檢測波長相對應(yīng)。7.—種基于如權(quán)利要求1-6任一所述裝置的SF 6氣體成分在線實時監(jiān)測的方法，其特征在于，包括: 確定待測氣體位于相對應(yīng)的待定頻率的吸收譜線，所述待測氣體為SF6電氣設(shè)備中的氣體，包括SF6氣體和/或SF 6分解產(chǎn)物； 通過調(diào)制光源電路的溫度、電流和脈寬使所述光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光的波長掃描過所述吸收譜線，調(diào)諧所述光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光的波長與所述待測氣體的檢測波長相對應(yīng)； 所述量子級聯(lián)激光通過SF6i氣設(shè)備后產(chǎn)生激光吸收譜，對所述激光吸收譜進行采樣后確定單線吸收光譜； 將所述單線吸收光譜與標(biāo)準激光吸收譜進行比對，確定所述檢測氣體中包含的氣體成分及其濃度。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，確定所述檢測氣體中的氣體成分的濃度，包括: 根據(jù)以下公式確定所述檢測氣體中的氣體成分的濃度: Iin= I out.exp (- a nCL)； 其中，IinS輸入光強度，I ■為輸出光強度，a 摩爾分子吸收系數(shù)，L為光源到光電檢測器的距離長度，C為待測氣體的濃度。9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，根據(jù)氣體分子紅外吸收譜線數(shù)據(jù)庫HITRAN中的吸收光譜數(shù)據(jù)確定標(biāo)準激光吸收譜。10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述待測氣體為SF6時，所述檢測波長為 10.5±0.1 μπι ； 當(dāng)所述SF6分解產(chǎn)物為SO 2時，所述檢測波長為7.43 ± 0.01 μ m。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種SF6氣體成分在線實時監(jiān)測的裝置及方法，其中，該裝置包括：控制電路、光源電路、光電檢測電路和SF6電氣設(shè)備；控制電路與光源電路相連，用于通過控制光源電路的溫度、電流和脈寬來調(diào)諧光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光的波長；SF6電氣設(shè)備的兩側(cè)設(shè)有透明窗，光源電路產(chǎn)生的量子級聯(lián)激光依次通過SF6電氣設(shè)備兩側(cè)的透明窗后發(fā)射至光電檢測電路的接收端；控制電路對光電檢測電路發(fā)送的信號進行采樣，獲取激光吸收譜數(shù)據(jù)，并根據(jù)激光吸收譜確定SF6氣體和/或SF6分解產(chǎn)物的濃度。該裝置可采用激光吸收譜檢測技術(shù)對SF6電氣設(shè)備中的氣體成分進行非接觸式的在線監(jiān)測，實現(xiàn)實時監(jiān)測SF6氣體成分。
【IPC分類】G01N21/39
【公開號】CN105203499
【申請?zhí)枴緾N201510598541
【發(fā)明人】周子冠, 白暉峰, 宋彥斌, 陳雨新, 劉全春
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 北京智芯微電子科技有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月18日