第33卷，第12期 2013年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
变压器油中多组分气体高精度在线检测研究
范洁，陈霄，黄奇峰，周玉，陈刚
江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京211103
Vol. 33,No. 12 -pp3326-3329
December : 2013
摘要针对多组分气体测量精度低、交叉影响等问题，建立了一种高精度多气体网络式在线检测系统。系统中采用窄线宽激光器作为光源，设计广新型长光程气室，通过单一高频三角信号调制激光光谱，利用谐波检测技术和光学时分、空分复用技术相结合，实现了三种气体(CO，CH，C2H2)的同时多点高精度在线测量。实验结果表明，多气体浓度测量最大相对误差小于4%，每种气体响应时间均小于155。该系统多气体
检测精度高、响应时间快，非常适合用于变压器绝缘油中多组分气体实时在线检测。关键词变压器多气体检测；光谱调制；谐波检测；长光程气室
中图分类号：0659.3
文献标识码：A
引言
DOI : 10. 3964 /j. issn. 1000-0593 (2013 )12-3326-04
气室，通过单一高频三角信号调制激光光谱，利用谐波检测技术实现了三种气体(CO，CH，C:H:)的网络式检测。一氧化碳、甲烷、乙炔气体是变压器绝缘油气体的主要组成部
21世纪以来，随者经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，供用电电压等级越来越高，特别是随着1000千伏特高压工程的应用，变压器的容量也在不断扩大，从而导致变压器的故障率和修复时间也在不断增加。研究表明变压器的运行状态与其内部绝缴油气体的类型和状态存在一定的关系，因此对变压器绝缘油中气体进行实时在线检测和分析具有重要意义。
自前气体检测方法中主要有电化学式气体传感器、傅单叶变换红外光谱法以及气相色谱法等[2.3]。其中电化学式气体传感器利用待测气体的电化学活性，即电化学氧化或者还原反应，可分辨气体组分和浓度，存在多气体测量交叉影响、响应时间长、寿命短等缺点；傅里叶变换红外光谱法中基于分光元件和光谱扫描特性，可实现宽光谱范围内的多气体高灵缴度测量，但其需对得测气体取样回实验室测量，无法实现现场实时在线检测；气相色谱法需从现场取气体样晶：然后在实验室将所取样晶通过色谱图比对可对气体进行定性或定量的分析，其检测环节较多，检验周期较长，无法实现气体实时在线测量，
近儿年来，随着光谱测量技术、半导体激光技术以及光纤传感技术的发展，基于可调谐半导体激光的光谱吸收式气体检测技术已逐渐在气体检测领域得到了一定的应用[-6]。文中采用高性能可调谐激光器作为光源，设计了新型长光程
收稿日期：2013-08-06，修订日期：2013-10-12
基金项目：国家自然科学基金项目(61074163)资助
分，三种气体同时检测的实现为变压器绝缘油中多气体同时在线分析提供了有效的技术手段。
1系统原理 1.1光谱调制技术
光谱吸收式气体检测是利用待测气体对人射激光的吸收作用实现气体浓度的测量。根据Beer-Lambert定律得知，人射光强与出射光强/存在以下的关系
I() = ()exp[α()cL
(1)
式中，I(a)，（a)分别为出射和人射激光；c为所测气体浓度；L为气体有效吸收光程长；α>)为单位距离单位浓度气体的吸收系数，
气体浓度直接吸收测量易受光源抖动、光路扰动、噪声等因素干扰，从而影响检测精度和灵敏度。激光波长调制技术具有能较大程度压缩噪声、高灵敏探测谐波信号等特点，可较好地从背景噪声中提取传感信号，提高探测灵敏度和信噪比，利用一定的计算方法还可消除光源输出抖动的影响
利用高频正弦信号sin（at)调制激光输出频率，激光输出瞬时频率可表示为式(2）
v= w+ hsin(wt)
作者简介：范洁，女，1977年生，江苏省电力公司电力科学研究院高级工程师
e-mail : cx_012003@ 163 .com
*通讯联系人
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