基于光聲光譜技術的SF6氣體檢測及運用

羅東君

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

關鍵詞：光聲光譜技術;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、不燃的穩定氣體。其在常溫常壓狀態之下呈現氣態，六氟化硫分子結構具有較高的穩定性。

1 光聲光譜技術的SF6氣體系統總體設計

1.1 系統組成

基于以上原理設計光聲光譜SF6檢測系統，此系統是通過紅外熱輻射光源、濾光片以及自制等共振光聲池、計算機等中系統構成。紅外熱輻射光源發射較為穩定的紅外光，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頻率可以實現調制，然后射入到光聲池中，在產生光聲效應之后依舊會發出頻率為ω聲波。而通過高靈敏度的微音器可以測得其光聲信號。然后其送入參考信號的頻率為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的處理。

1.2 譜線選擇以及濾光片參數設計分析

通過光聲光譜技術進行檢測分析，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。

通過數據庫查詢分析，SF6吸收譜線主要集中的區域范圍中，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，在進行參數選擇過程中要綜合氣體吸收譜線的特征區域合理選擇，保障其寬度可以覆蓋整個區域范圍。

1.3 光聲光譜技術的SF6氣體光源的選擇

光源是一種光聲光譜信號激發源，對于系統設計來說具有重要的價值與作用。進行SF6氣體檢測開發中，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1μm～20μm的光，可以有效的滿足多數氣體分子的檢測，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 基于光聲光譜技術的SF6氣體檢測及運用

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

2.1 光聲光譜技術的SF6氣體在線檢測結構

通過工控機利用NI6008數據采集卡進行氣路、測量機構以及送回氣路控制以及對應的信息數據采集整理，將采集到的數控通過工控機搭載的軟件系統進行各個設備單元的管理，進行數據匯總分析，通過測試數據實現綜合性的分析，將在終端的在線檢測界面實時傳輸到局域網的任意計算機中，則可以實現遠程訪問。其主要功能主要有實時化的數據顯示，可以通多次的數據構成趨勢圖、進行歷史數據查詢與分析，實現數據標定分析，根據設定的閾值報警分析，進行氣體組分增長速率計算分析，實現指導設備的狀態檢修處理，可以實現對現場數據的遠程化實時性的檢測分析。

2.2 光聲光譜技術的SF6氣體現場檢測氣路

現場測量氣路主要通過本體取樣，可以將測量機構檢測之后的氣體送到設備本體中進行循環的檢測分析。

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

通過構建生傳輸線模型，可以實現對光聲腔集合參數信息、諧振頻率以及品質因子等參數通過計算機進行計算與分析，可以為優化光聲腔提供精準的數據以及理論性支撐，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，可以實現三種分解組分定量在線檢測，檢測極限相對較低。

3 結語

傳統的方式無法分析SF6故障診斷早期階段出現的潛伏性絕緣故障，通過GIS內部進行SF6氣體的組分分析，可以發現設備中的潛伏想故障問題，可以初步地進行故障定位，這也是現階段研究的重點。

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