基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體檢測及運用

羅東君

摘要：光聲光譜技術(shù)的SF6氣體檢測是一種有效的技術(shù)手段，在實踐中應用廣泛。文章主要對基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體檢測及運用進行了簡單的分析論述。

關(guān)鍵詞：光聲光譜技術(shù);SF6氣體;檢測及運用

六氟化硫（SF6）氣體具有良好的絕緣以及滅弧性能，在氣體絕緣電器中應用相對較為廣泛。六氟化硫是一種無色、無臭、無毒、不燃的穩(wěn)定氣體。其在常溫常壓狀態(tài)之下呈現(xiàn)氣態(tài)，六氟化硫分子結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性。

1 光聲光譜技術(shù)的SF6氣體系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)組成

基于以上原理設(shè)計光聲光譜SF6檢測系統(tǒng)，此系統(tǒng)是通過紅外熱輻射光源、濾光片以及自制等共振光聲池、計算機等中系統(tǒng)構(gòu)成。紅外熱輻射光源發(fā)射較為穩(wěn)定的紅外光，通過特定波段的濾光片則可以形成單色光，利用斬波器通過ω頻率可以實現(xiàn)調(diào)制，然后射入到光聲池中，在產(chǎn)生光聲效應之后依舊會發(fā)出頻率為ω聲波。而通過高靈敏度的微音器可以測得其光聲信號。然后其送入?yún)⒖夹盘柕念l率為ω的鎖相放大器進行光聲信號檢測分析。通過STM32單片機對其進行采集分析，通過上位機對其進行后續(xù)的處理。

1.2 譜線選擇以及濾光片參數(shù)設(shè)計分析

通過光聲光譜技術(shù)進行檢測分析，要分析可以滿足檢測條件的最佳線譜線的位置。在一般狀況之下SF6氣體檢測環(huán)境中會含有二氧化碳等一些濃度較高的干擾性氣體，利用譜線選擇分析可以及時排除存在的干擾性氣體則可以有效的提升檢測的精度。

通過數(shù)據(jù)庫查詢分析，SF6吸收譜線主要集中的區(qū)域范圍中，干擾性氣體的吸收譜線強度整體上來說分布相對較弱，也就是說，進行SF6氣體檢測過程中，雖然在空氣中的水分含量高達1%，但是要選擇其作為氣體檢測的主要吸收區(qū)域，則可以有效表面各種干擾性氣體的影響。

濾光片作為一種有效的方式可以有效的在有效寬帶之外的波段光的透過，在進行參數(shù)選擇過程中要綜合氣體吸收譜線的特征區(qū)域合理選擇，保障其寬度可以覆蓋整個區(qū)域范圍。

1.3 光聲光譜技術(shù)的SF6氣體光源的選擇

光源是一種光聲光譜信號激發(fā)源，對于系統(tǒng)設(shè)計來說具有重要的價值與作用。進行SF6氣體檢測開發(fā)中，要保障光源符合檢測指標要求，同時要綜合成本、體積等因素信息。因為SF6檢測通過吸收光譜譜線中線位置為947.5cm1的位置，此位置處于中紅外，因此光源要綜合分析以二氧化碳激光器、量子級聯(lián)激光器、寬帶紅外熱輻射光源。其中二氧化碳激光器是一種應用較早的氣體類型激光器，主要就是利用9.6μm～10.6μm的振波進行處理，其發(fā)射功率相對較高，可以有效的滿足SF6氣體檢測的靈敏度要求。但是此種類型的激光器體積相對較為龐大，其價格較為昂貴，在線檢測操作較為困難。

量子級聯(lián)激光器是近些年比較應用的一種寬譜帶以及高輸出光功率、便于調(diào)諧、體積相對較小的激光器，其價格相對較為昂貴，廣泛推廣相對較為困難。寬帶熱輻射光源可以充分的激發(fā)1μm～20μm的光，可以有效的滿足多數(shù)氣體分子的檢測，體積相對較小，成本較為低廉，此種光源的光功率相對較低。對此，主要將紅外熱輻射光源作為主要光源。

2 基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體檢測及運用

基于光聲光譜技術(shù)的SF6氣體檢測在實踐中具有在線檢測的功能，可以進行現(xiàn)場檢測氣路，其主要運用如下：

2.1 光聲光譜技術(shù)的SF6氣體在線檢測結(jié)構(gòu)

通過工控機利用NI6008數(shù)據(jù)采集卡進行氣路、測量機構(gòu)以及送回氣路控制以及對應的信息數(shù)據(jù)采集整理，將采集到的數(shù)控通過工控機搭載的軟件系統(tǒng)進行各個設(shè)備單元的管理，進行數(shù)據(jù)匯總分析，通過測試數(shù)據(jù)實現(xiàn)綜合性的分析，將在終端的在線檢測界面實時傳輸?shù)骄钟蚓W(wǎng)的任意計算機中，則可以實現(xiàn)遠程訪問。其主要功能主要有實時化的數(shù)據(jù)顯示，可以通多次的數(shù)據(jù)構(gòu)成趨勢圖、進行歷史數(shù)據(jù)查詢與分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)標定分析，根據(jù)設(shè)定的閾值報警分析，進行氣體組分增長速率計算分析，實現(xiàn)指導設(shè)備的狀態(tài)檢修處理，可以實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的遠程化實時性的檢測分析。

2.2 光聲光譜技術(shù)的SF6氣體現(xiàn)場檢測氣路

現(xiàn)場測量氣路主要通過本體取樣，可以將測量機構(gòu)檢測之后的氣體送到設(shè)備本體中進行循環(huán)的檢測分析。

在現(xiàn)場測量中通過自循環(huán)氣路，可以有效的保障氣體的密封性，避免出現(xiàn)排放以及泄露等問題，采取樣本具有代表性。系統(tǒng)利用拓撲機構(gòu)可以有效的保障現(xiàn)場工礦機采集以及處理數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)實時性的傳輸，可以傳遞給局域網(wǎng)以及任意計算機，具有遠程性的實時查看以及報警等功能。

通過構(gòu)建生傳輸線模型，可以實現(xiàn)對光聲腔集合參數(shù)信息、諧振頻率以及品質(zhì)因子等參數(shù)通過計算機進行計算與分析，可以為優(yōu)化光聲腔提供精準的數(shù)據(jù)以及理論性支撐，可以有效的提升裝置對痕量氣體檢測的精準度以及靈敏度。

通過對測量隔室進行恒溫處理分析，扣除噪聲背景，可以獲得GIS局部的特征，可以將其分解為CO、SO2、CF4等線性擬合曲線，可以實現(xiàn)三種分解組分定量在線檢測，檢測極限相對較低。

3 結(jié)語

傳統(tǒng)的方式無法分析SF6故障診斷早期階段出現(xiàn)的潛伏性絕緣故障，通過GIS內(nèi)部進行SF6氣體的組分分析，可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備中的潛伏想故障問題，可以初步地進行故障定位，這也是現(xiàn)階段研究的重點。

參考文獻：

[1]陳珂，袁帥，宮振峰.基于激光光聲光譜超高靈敏度檢測SF6分解組分H_2S[J].中國激光，2018，45（09）：138144.

[2]郭紅，王新兵，左都羅.基于可調(diào)諧CO_2激光器的SF6差分光聲檢測研究[J].激光技術(shù)，2018，42（05）：1520.

[3]許寧，李振華.GIS氣體光聲光譜法檢測技術(shù)研究[J].通信電源技術(shù)，2018，35，171（03）：2729.