一種能改善檢測(cè)穩(wěn)定性的紅外氣體檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一種能改善檢測(cè)穩(wěn)定性的紅外氣體檢測(cè)系統(tǒng)，屬紅外氣體檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微水含量的檢測(cè)在電力工業(yè)中有著重要的作用。80年代中期以來(lái)，隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，六氟化硫(SF6)電氣設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用，具體包括SF6斷路器，GIS封閉組合電器，SF 6絕緣的變壓器、電壓互感器、電流互感器及各類高壓套管等。并且目前在建電壓等級(jí)llOkv及以上的項(xiàng)目中，本上都使用SF6開(kāi)關(guān)設(shè)備。這些電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中，起著非常重要的作用，其運(yùn)行的可靠性不僅關(guān)系到SF6電氣設(shè)備本身，而且影響其他設(shè)備，甚至整個(gè)電網(wǎng)的安全。
[0003]在運(yùn)行中，SF6氣體受電弧放電或高溫后，會(huì)分解成單體的氟、硫和氟硫化合物，電弧消失后會(huì)又化合成穩(wěn)定的SF6氣體。但是當(dāng)氣體中含有水分時(shí)，氟硫化合物會(huì)與水反應(yīng)生成腐蝕性很強(qiáng)的氫氟酸、硫酸和其他毒性很強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)等，從而腐蝕電氣設(shè)備，降低設(shè)備絕緣能力，危及維護(hù)人員的生命安全。要完全清除儀器內(nèi)SF6氣體的水分是不可能的，但是時(shí)刻掌握SF6氣體微水含量，采取相應(yīng)的預(yù)防控制措施，減少SF6氣體中的水分，可以保證和提高斷路器的安全運(yùn)行可靠性。除電力系統(tǒng)高壓開(kāi)關(guān)柜中微水含量，變壓器油中的水汽體濃度檢測(cè)也是不可缺少的。
[0004]利用紅外光譜吸收技術(shù)對(duì)SF6斷路器中水分含量進(jìn)行檢測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)速度快，靈敏度高，并可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。但是由于光器件如激光器、耦合器，準(zhǔn)直器，光纖容易受到溫度，應(yīng)力環(huán)境因素變化的影響而改變光發(fā)生功率和光耦合效率，使傳輸光光強(qiáng)發(fā)生變化，從而與氣體吸收損耗帶來(lái)的光強(qiáng)變化混淆，帶來(lái)測(cè)量誤差。影響了紅外光譜吸收技術(shù)的測(cè)量精度與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。
[0005]論文“溫度對(duì)光纖準(zhǔn)直器的角度偏移影響分析”[孫鳴捷光子學(xué)報(bào)第35卷第10期2006年10月1509-1512頁(yè)]中提到溫度對(duì)光線準(zhǔn)直器的影響；論文“熔錐光纖一分二耦合器的溫度響應(yīng)”[李川，張以謨，劉鐵根，丁勝傳感技術(shù)學(xué)報(bào)第14卷第3期2001年9月196-198頁(yè)]中提到溫度對(duì)光纖一分二耦合器的影響。
[0006]曾有針對(duì)此問(wèn)題的解決方案，其思路是通過(guò)微處理器產(chǎn)生模擬參考光信號(hào)來(lái)校準(zhǔn)并調(diào)整激光器出光，在一定程度上減少了因溫度等環(huán)境因素產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，但由于激光器出光功率與注入電流成非線性關(guān)系，用該方案得到的無(wú)吸收處譜線基線并不平坦，造成信噪比降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，本發(fā)明提出了一種能改善檢測(cè)穩(wěn)定性的紅外氣體檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)自增益放大器的自動(dòng)控制消除由于環(huán)境因素(除氣體吸收以外)帶來(lái)的傳輸光路中光功率的波動(dòng)，以克服由此帶來(lái)的系統(tǒng)測(cè)量誤差。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種能改善檢測(cè)穩(wěn)定性的紅外氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括溫控電路、電流驅(qū)動(dòng)電路、DFB激光器、光纖一分二耦合器、氣室、光電探測(cè)器A和B、放大電路A和B (自增益放大器及周邊電路)、差分電路、濾波電路和微處理器，其特征在于DFB激光器位于光纖一分二耦合器之前，由光纖一分二耦合器將一路光路分成兩路，其中一路經(jīng)氣室到達(dá)光電探測(cè)器A的輸入端，光電探測(cè)器A的輸出端連接到放大電路A的輸入端；另一路光路經(jīng)光纖一分二耦合器接至IJ光電探測(cè)器B的輸入端，光電探測(cè)器B的輸出端連接到放大電路B的輸入端，放大電路A和B的輸出端分別連接到差分電路的兩路輸入端，差分電路的輸出端連接濾波電路的輸入端，濾波電路的輸出端和微處理器連接，微處理器分別連接到溫控電路和電流驅(qū)動(dòng)電路，溫控電路和電流驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別和DFB激光器相連接；
[0010]所述的溫控電路使用斯坦福研究系統(tǒng)公司的半導(dǎo)體激光二極管控制器LDC501 ;
[0011]所述的放大電路A和B各自包括前后兩級(jí)AD603放大器芯片和一個(gè)AD8561比較器芯片，其中前級(jí)AD603放大器芯片的正負(fù)輸入端間連接電阻R1，負(fù)輸入端接地；其輸出端經(jīng)電阻R2連接到后級(jí)AD603放大器芯片的正輸入端?’后級(jí)AD603放大器芯片的正負(fù)輸入端間連接電阻R3，其負(fù)輸入端接地，輸出端經(jīng)電阻R4跟R5或R13串連后連接到整個(gè)放大電路的輸出端；AD8561比較器芯片的負(fù)輸入端經(jīng)電阻R6和電阻R4、R5的公共點(diǎn)相連接，由電位器WR1分壓之后經(jīng)電阻R9連接到其正輸入端，正輸入端經(jīng)電容C2接地，其輸出端內(nèi)部接地，其第8腳經(jīng)電阻R7連接到兩級(jí)AD603放大器芯片的第2腳，兩級(jí)AD603放大器芯片的第2腳經(jīng)電阻R8和電容C1相并聯(lián)后接地；
[0012]所述的電流驅(qū)動(dòng)電路由微處理器的DA 口與集成運(yùn)放LM358芯片連接而成；
[0013]所述的光電探測(cè)器A和B均是PIN光電探測(cè)器。
[0014]所述的差分電路為運(yùn)放AD8221芯片。
[0015]所述的濾波電路為通用有源濾波器芯片UAF42，是低通濾波器結(jié)構(gòu)。
[0016]所述的微處理器為L(zhǎng)PC1758芯片。
[0017]所述的DFB 激光器是 WSLS-137010C1424-20 蝶型封裝(Distributed FeedbackLaser)的分布式反饋激光器，波長(zhǎng)為1370 ±2nm。
[0018]利用上述檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)氣室內(nèi)水汽進(jìn)行檢測(cè)的方法，步驟如下:
[0019]1)將上述檢測(cè)系統(tǒng)連接好，接通光路和各電路中的電源，調(diào)試光路與各電路處于正常工作狀態(tài)；將待測(cè)氣體沖入氣室內(nèi)；
[0020]2)通過(guò)溫控電路對(duì)DFB激光器進(jìn)行恒溫控制:利用微處理器產(chǎn)生在0.03S時(shí)間間隔內(nèi)電流變化幅度為48mA，變化過(guò)程從24mA由低到高升到72mA，然后再?gòu)?2mA由高到低至24mA往復(fù)進(jìn)行，設(shè)定的電流變化是由微處理器輸出的電壓信號(hào)以正弦波的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的；由于DFB激光器驅(qū)動(dòng)電流變化會(huì)導(dǎo)致DFB激光器的輸出波長(zhǎng)的變化，在微處理器中設(shè)置的電壓變化輸出使得DFB激光器的輸出波長(zhǎng)變化，DFB激光器的輸出波長(zhǎng)的變化范圍對(duì)應(yīng)于其驅(qū)動(dòng)電流的變化范圍，即從24mA到72mA之間的驅(qū)動(dòng)電流的變化范圍包含了 DFB激光器產(chǎn)生的1368.597nm的輸出波長(zhǎng)，該輸出波長(zhǎng)為水汽吸收峰對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；
[0021]3)將由光纖一分二耦合器分出的兩路光中未通過(guò)氣室的一路作為參考光，經(jīng)過(guò)氣室的一路作為探測(cè)光，調(diào)節(jié)放大電路A和B及差分電路的放大倍數(shù)，調(diào)整時(shí)用示波器觀察差分電路輸出端的輸出信號(hào)，使其輸出電壓在水汽吸收峰波長(zhǎng)之外的幅度為Omv到lOOmv范圍內(nèi)，這說(shuō)明兩路放大電路A和B輸出信號(hào)基線相同，同時(shí)在水汽吸收峰波長(zhǎng)處的電壓不超過(guò)3V，以滿足微處理器采集的信號(hào)幅值要求；
[0022]4)探測(cè)光電路的放大倍數(shù)調(diào)整好之后，由微處理器在濾波電路的輸出端采集出經(jīng)水汽吸收后在波長(zhǎng)1368.597nm處及參考光一路經(jīng)無(wú)水汽吸收在同一波長(zhǎng)處產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)過(guò)微處理器計(jì)算出這兩個(gè)信號(hào)的差值并存儲(chǔ)該差值，將上述采集、計(jì)算及存儲(chǔ)過(guò)程重復(fù)1000次，取這1000次差值的平均值后，利用實(shí)驗(yàn)前通過(guò)對(duì)照不同水汽含量下，由微水儀讀數(shù)與同一時(shí)刻檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)儲(chǔ)存差值的對(duì)應(yīng)關(guān)系得到的差值(Y軸)與水汽含量(X軸)的線性曲線，對(duì)照得到水汽濃度；
[0023]5)待測(cè)氣體檢測(cè)完畢，關(guān)閉檢測(cè)系統(tǒng)各處的電源。
[0024]本發(fā)明的系統(tǒng)檢測(cè)的最終水汽吸收峰波形是利用光纖一分二耦合器將激光出射光分為兩條，參考光信號(hào)和探測(cè)光信號(hào)，通過(guò)兩路光電探測(cè)器A和B及放大電路