檢測(cè)流體中的組分的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于檢測(cè)樣本流體中的組分的系統(tǒng)和方法，該系統(tǒng)包括具有樣本流體的第一腔室和連接到該第一腔室的第二腔室，其中該第二腔室具有參考流體。該系統(tǒng)包括調(diào)制光源，用于向該樣本流體和該參考流體發(fā)射調(diào)制光束，以在該第一腔室中產(chǎn)生第一聲學(xué)信號(hào)并且在該第二腔室中產(chǎn)生第二聲學(xué)信號(hào)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在該第一腔室與該第二腔室之間的壓力傳感器，用于檢測(cè)該第一聲學(xué)信號(hào)與該第二聲學(xué)信號(hào)之間的差異。該系統(tǒng)包括基于處理器的模塊，該模塊可通信地連接到該壓力傳感器，并且配置成接收指示該差異的信號(hào)且確定該樣本流體中的組分和該組分的濃度這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
【專利說(shuō)明】檢測(cè)流體中的組分的方法和系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明實(shí)施例總體上涉及一種檢測(cè)系統(tǒng)，具體來(lái)說(shuō)，涉及一種使用光聲光譜(PAS)技術(shù)測(cè)量以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng)的檢測(cè)系統(tǒng):流體中的組分和該組分的濃度。

【背景技術(shù)】
[0002]電氣設(shè)備，例如變壓器，使用具有熱學(xué)和絕緣性質(zhì)良好的流體來(lái)將電氣設(shè)備的部件封裝在密閉殼中，以便散逸線圈產(chǎn)生的熱量。該流體可以是油，例如蓖麻油、礦物油、氯化二苯基硅油等合成油或者類似的油。
[0003]如果電氣設(shè)備或者電氣設(shè)備的部件發(fā)生故障，例如變壓器的線圈故障，則可能導(dǎo)致運(yùn)行中斷。因此需要監(jiān)控電氣設(shè)備，以通過(guò)檢測(cè)早期故障來(lái)預(yù)測(cè)潛在故障。監(jiān)控電氣設(shè)備的公知方法包括分析圍繞該設(shè)備循環(huán)的流體的多個(gè)參數(shù)。
[0004]流體中存在的可燃?xì)怏w總量(TCG)被公知為提供有關(guān)浸入流體中的電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的信息。為盡早檢測(cè)故障，分析流體中的溶解氣體。例如，諸如一氧化碳、二氧化碳或者類似氣體等氣體組分的存在及其濃度可以指示設(shè)備的熱力老化。類似地，諸如氫氣、碳?xì)浠衔锘蛘哳愃茪怏w等氣體組分可以指示介電擊穿等故障。
[0005]諸如氣體色譜法(GC)、光學(xué)光譜法和光聲光譜法(PAS)等用于分析溶解氣體的已知方法需要從流體中提取氣體。諸如真空提取和頂部空間提取法等已知的提取技術(shù)存在各種缺點(diǎn)，例如重現(xiàn)性問(wèn)題和復(fù)雜性提高的問(wèn)題。
[0006]因此，需要做出技術(shù)改進(jìn)，以便測(cè)量用于電器設(shè)備中的流體中的組分和該組分的濃度這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面公開(kāi)了一種用于檢測(cè)樣本流體中的組分的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括第一腔室，該第一腔室具有該樣本流體，以及第二腔室，該第二腔室連接到該第一腔室，其中該第二腔室具有參考流體。該系統(tǒng)還包括調(diào)制光源，用于向該樣本流體和該參考流體發(fā)射調(diào)制光束，以在該第一腔室中產(chǎn)生第一聲學(xué)信號(hào)并且在該第二腔室中產(chǎn)生第二聲學(xué)信號(hào)。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在該第一腔室與該第二腔室之間的壓力傳感器，用于檢測(cè)該第一聲學(xué)信號(hào)與該第二聲學(xué)信號(hào)之間的差異。該系統(tǒng)包括基于處理器的模塊，該模塊可通信地連接到該壓力傳感器并且配置成從該壓力傳感器接收指示該差異的該信號(hào)并且基于指示該差異的該信號(hào)確定該樣本流體中的組分和該組分的濃度這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面公開(kāi)了一種用于檢測(cè)樣本流體中的組分的方法。該方法包括向第一腔室中的樣本流體以及第二腔室中的參考流體發(fā)射調(diào)制光束，其中該第二腔室連接到該第一腔室。該方法還包括響應(yīng)于發(fā)射的調(diào)制光束，在該第一腔室中產(chǎn)生第一聲學(xué)信號(hào)以及在該第二腔室中產(chǎn)生第二聲學(xué)信號(hào)。該方法進(jìn)一步包括通過(guò)設(shè)置在該第一腔室與該第二腔室之間的壓力傳感器來(lái)檢測(cè)該第一聲學(xué)信號(hào)與該第二聲學(xué)信號(hào)之間的差異。該方法還包括將指示該差異的信號(hào)從該壓力傳感器傳輸?shù)交谔幚砥鞯哪K，并且通過(guò)該基于處理器的模塊，基于指示該差異的該信號(hào)而確定該樣本流體中的組分和該組分的濃度這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0009]優(yōu)選的，其中所述發(fā)射調(diào)制光束包括產(chǎn)生光束波長(zhǎng)在所述組分的吸收光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)的所述調(diào)制光束。
[0010]優(yōu)選的，其中所述發(fā)射調(diào)制光束包括調(diào)制以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):所述光束的強(qiáng)度和所述光束的波長(zhǎng)。
[0011]優(yōu)選的，其中產(chǎn)生所述第一聲學(xué)信號(hào)包括產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述樣本流體的樣本液體的第三聲學(xué)信號(hào)以及對(duì)應(yīng)于所述樣本流體的所述組分的第四聲學(xué)信號(hào)。
[0012]優(yōu)選的，其中所述第二聲學(xué)信號(hào)對(duì)應(yīng)于所述參考流體，所述參考流體包括參考液體。
[0013]優(yōu)選的，其中所述檢測(cè)該第一聲學(xué)信號(hào)與該第二聲學(xué)信號(hào)之間的差異包括通過(guò)所述第二聲學(xué)信號(hào)中和或大體上中和所述第三聲學(xué)信號(hào)，所述第三聲學(xué)信號(hào)傳輸?shù)剿鰤毫鞲衅鞯牡谝粋?cè)，所述第二聲學(xué)信號(hào)傳輸?shù)剿鰤毫鞲衅鞯呐c所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)。
[0014]優(yōu)選的，其中指示所述差異的所述信號(hào)包括以下項(xiàng)中的一項(xiàng):光信號(hào)、電信號(hào)和壓力信號(hào)。
[0015]優(yōu)選的，其中所述確定該樣本流體中的組分和該組分的濃度這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)包括測(cè)量指示所述差異的所述信號(hào)的振幅值。
[0016]優(yōu)選的，其中所述確定該樣本流體中的組分和該組分的濃度這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)包括基于所測(cè)量的振幅值而測(cè)量所述組分的所述濃度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]在參考附圖閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明后，將更好地理解本發(fā)明實(shí)施例的這些和其他特征以及方面，在附圖中，類似的符號(hào)代表所有附圖中類似的部分，其中:
[0018]圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例監(jiān)控的電氣設(shè)施的示意圖；
[0019]圖2示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)；
[0020]圖3示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的壓力波前中心以及壓力傳感器的相對(duì)位置；
[0021]圖4示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的曲線圖，該圖示出了通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)的壓力波形的變化；
[0022]圖5示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)的并排布置；
[0023]圖6示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)的并排布置的俯視圖；
[0024]圖7示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)的同心布置；
[0025]圖8示出了檢測(cè)系統(tǒng)，該檢測(cè)系統(tǒng)具有分為兩個(gè)腔室的單個(gè)外殼；
[0026]圖9示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的曲線圖，該圖示出了與參考液體對(duì)應(yīng)的光聲壓力波的振幅的變化；
[0027]圖10示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的曲線圖，該圖示出了與樣本流體中的組分對(duì)應(yīng)的光聲壓力波的振幅的變化；
[0028]圖11是根據(jù)示例性實(shí)施例的參考液體的吸收光譜的示意圖；
[0029]圖12是根據(jù)示例性實(shí)施例，與多個(gè)氣體組分對(duì)應(yīng)的吸收光譜的示意圖；以及
[0030]圖13是根據(jù)示例性實(shí)施例檢測(cè)溶解在液體中的組分的示例性步驟的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于使用光譜分析法檢測(cè)流體中的組分的存在的系統(tǒng)和方法。具體來(lái)說(shuō)，技術(shù)效果是在特定實(shí)施例中，使用光聲光譜(PAS)技術(shù)確定液體中的溶解氣體的成分和濃度。從調(diào)制光源向第一腔室中的樣本流體以及第二腔室中的參考流體發(fā)射光束，其中該第二腔室連接到該第一腔室。設(shè)置在第一腔室與第二腔室之間的壓力傳感器用于測(cè)量第一腔室中產(chǎn)生的第一聲學(xué)信號(hào)與第二腔室中產(chǎn)生的第二聲學(xué)信號(hào)之間的差異?？赏ㄐ诺剡B接到該壓力傳感器的基于處理器的模塊從該壓力傳感器接收指示該差異的信號(hào)并且基于指示該差異的該信號(hào)確定該樣本流體中的組分和該組分的濃度這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
[0032]圖1示出了電氣設(shè)施100，該電氣設(shè)施設(shè)有用于檢查此處公開(kāi)的設(shè)備的示例性系統(tǒng)。電氣設(shè)施100具有電氣基礎(chǔ)設(shè)施102，該電氣基礎(chǔ)設(shè)施具有待檢查的設(shè)備104、106。在圖示的實(shí)施例中，設(shè)備104、106是變壓器。設(shè)備104通過(guò)示例性檢查系統(tǒng)108監(jiān)控，而設(shè)備106通過(guò)另一個(gè)示例性檢查系統(tǒng)110監(jiān)控。此外，移動(dòng)操作員112可以使用便攜式診斷子系統(tǒng)114來(lái)迅速準(zhǔn)確地診斷設(shè)備104、106的健康狀況。此外，電氣設(shè)施100還可以配備遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷子系統(tǒng)116，以提供連續(xù)資產(chǎn)監(jiān)控功能。在本實(shí)例中，遠(yuǎn)程監(jiān)控包括在線故障監(jiān)控和故障趨勢(shì)分析，以預(yù)測(cè)設(shè)備104、106的故障。在此處應(yīng)注意，圖示的電氣設(shè)施100不得視為限制性的。換言之，示例性檢查系統(tǒng)適用于需要檢測(cè)流體中組分存在的其他應(yīng)用。
[0033]圖2示出了根據(jù)示例性實(shí)施例用于檢查系統(tǒng)108、110中的至少一個(gè)檢查系統(tǒng)中的檢測(cè)系統(tǒng)200。檢測(cè)系統(tǒng)200包括調(diào)制光源202，該調(diào)制光源用于向裝入第一腔室218中的樣本流體232發(fā)射調(diào)制光束220,以產(chǎn)生“第一聲學(xué)信號(hào)”238。此處該“第一聲學(xué)信號(hào)” 238是由樣本流體232的溫度波動(dòng)產(chǎn)生的壓力信號(hào)，其中該溫度波動(dòng)是由調(diào)制光束220引起的。調(diào)制光源202進(jìn)一步向裝入第二腔室216中的參考流體234發(fā)射調(diào)制光束222，以產(chǎn)生“第二聲學(xué)信號(hào)”240。此處該“第二聲學(xué)信號(hào)”240是由參考流體234的溫度波動(dòng)產(chǎn)生的壓力信號(hào)，其中該溫度波動(dòng)是由調(diào)制光束222引起的。在圖示的實(shí)施例中，設(shè)有單個(gè)光源206，該光源使用光學(xué)器件204、214、215來(lái)產(chǎn)生調(diào)制光束220、222。在替代實(shí)施例中，調(diào)制光源202包括用于發(fā)射調(diào)制光束220的第一調(diào)制光源以及用于發(fā)射調(diào)制光束222的第二調(diào)制光源。
[0034]在圖示的實(shí)施例中，調(diào)制光源202包括光源206，用于產(chǎn)生光束254，以及調(diào)制裝置208，用于產(chǎn)生調(diào)制光束220、222。在一個(gè)實(shí)施例中，光源206是激光源。在替代實(shí)施例中，光源206可以是寬帶光源、可調(diào)諧二極管(TD)激光或者量子級(jí)聯(lián)激光源。在圖示的實(shí)施例中，調(diào)制光源202包括反射器204，用于從光源206反射光束254。
[0035]調(diào)制裝置208通過(guò)控制以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng)來(lái)通過(guò)反射器204調(diào)制光源206發(fā)出的光束254:該光束的強(qiáng)度、該光束的波長(zhǎng)、光源206的參數(shù)以及/或者反射器204的特性。在圖示的實(shí)施例中，調(diào)制裝置208包括帶有多個(gè)槽位210的可旋轉(zhuǎn)盤(pán)209。可旋轉(zhuǎn)盤(pán)209用于通過(guò)槽位210產(chǎn)生光脈沖形式的調(diào)制光束。在替代實(shí)施例中，調(diào)制裝置208可以用于通過(guò)其他適當(dāng)技術(shù)調(diào)制光源206發(fā)出的光束254的強(qiáng)度。在一個(gè)特定實(shí)施例中，調(diào)制裝置208可以用于調(diào)制光束的波長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，調(diào)制裝置208還可以是光源206的一部分。在特定實(shí)施例中，可以通過(guò)改變光源206的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)來(lái)調(diào)制光源206發(fā)出的光束254。在一個(gè)實(shí)施例中，可以改變光源206的溫度以產(chǎn)生調(diào)制光束。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以改變用于驅(qū)動(dòng)光源206的電流以產(chǎn)生調(diào)制光束。調(diào)制光束具有適用于檢測(cè)流體中的一個(gè)或多個(gè)組分的存在的波長(zhǎng)范圍。
[0036]在圖示的實(shí)施例中，調(diào)制光源202包括反射器204和光源206。光源206產(chǎn)生沖擊反射器204的光束并且產(chǎn)生反射光束254。調(diào)制光源202還包括濾光器212，用于過(guò)濾對(duì)應(yīng)于所需波長(zhǎng)的光束254。在特定實(shí)施例中，濾光器212包括波長(zhǎng)不同的多個(gè)濾光器透鏡。此外，分束器214和反射器215用于從濾光器212的濾光輸入產(chǎn)生調(diào)制光束220、222。在圖示的實(shí)施例中，從單個(gè)調(diào)制光源202產(chǎn)生兩個(gè)調(diào)制光束220、222。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以使用兩個(gè)激光源產(chǎn)生兩個(gè)調(diào)制光束。
[0037]在圖示的實(shí)施例中，樣本流體232包括溶解在樣本液體242中的組分230并且參考流體234包括參考液體244。在另一個(gè)實(shí)施例中，樣本流體可以是懸浮液，該懸浮液具有該樣本液體中的組分。在示例性實(shí)施例中，樣本液體242和參考液體244可以是用于待檢查部件，例如變壓器中的絕緣油。組分230可以是諸如乙炔、氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、二氧化碳、一氧化碳、水分或類似氣體等氣體組分中的至少一個(gè)。在一個(gè)實(shí)施例中，樣本液體242的構(gòu)成可以與參考液體244的構(gòu)成完全相同。在另一個(gè)實(shí)施例中，樣本液體242的構(gòu)成可以與參考液體244的構(gòu)成大致相同。
[0038]第一聲學(xué)信號(hào)238產(chǎn)生在第一腔室218中，包括由于存在樣本液體242產(chǎn)生的第三聲學(xué)信號(hào)246以及由于存在組分230產(chǎn)生的第四聲學(xué)信號(hào)248。此處的“第三聲學(xué)信號(hào)”246是由于調(diào)制光束220使樣本液體242發(fā)生溫度波動(dòng)而產(chǎn)生的壓力信號(hào)?！暗谒穆晫W(xué)信號(hào)”248是由于調(diào)制光束220使組分230發(fā)生溫度波動(dòng)而產(chǎn)生的壓力信號(hào)。此處的“第二聲學(xué)信號(hào)”240是由于調(diào)制光束222使參考液體244發(fā)生溫度波動(dòng)而產(chǎn)生的壓力信號(hào)。在圖示的實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于樣本液體242的光吸收譜與對(duì)應(yīng)于參考液體244的光吸收譜相同。對(duì)應(yīng)于組分230的光吸收譜與對(duì)應(yīng)于樣本液體242的光吸收譜不同。
[0039]在圖示的實(shí)施例中，第一腔室218連接到第二腔室216并且通過(guò)隔膜224彼此隔開(kāi)。壓力傳感器236設(shè)置在第一腔室218與第二腔室216之間的隔膜224中。第一聲學(xué)信號(hào)238傳輸?shù)綁毫鞲衅?36的第一側(cè)250,而第二聲學(xué)信號(hào)240傳輸?shù)脚c壓力傳感器236的第一側(cè)250相對(duì)的第二側(cè)252。對(duì)應(yīng)于樣本液體242的第三聲學(xué)信號(hào)246傳輸?shù)綁毫鞲衅?36的第一側(cè)250。在樣本液體242的構(gòu)成與參考液體244的構(gòu)成相同的實(shí)施例中，第三聲學(xué)信號(hào)246中和或取消對(duì)應(yīng)于參考液體244的第二聲學(xué)信號(hào)240。在樣本液體242的構(gòu)成與參考液體244的構(gòu)成大致相同的另一個(gè)實(shí)施例中，第三聲學(xué)信號(hào)246大致中和第二聲學(xué)信號(hào)240。在一個(gè)實(shí)例中，第三聲學(xué)信號(hào)246減小約80dB。在其他實(shí)施例中，減小值可以在約40dB到10dB的范圍內(nèi)。
[0040]壓力傳感器236檢測(cè)第一聲學(xué)信號(hào)238與第二聲學(xué)信號(hào)240之間的差異并且產(chǎn)生指示該差異的信號(hào)。換言之，該壓力傳感器236檢測(cè)指示組分230的壓力信號(hào)。
[0041]在一個(gè)實(shí)施例中,壓力傳感器236位于隔膜224中。在替代實(shí)施例中，隔膜224可以是將第一腔室218與第二腔室216隔開(kāi)的壓力傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，壓力傳感器236是壓電式壓力傳感器。在此類實(shí)施例中，壓力傳感器236可以使用壓電效應(yīng)或壓阻效應(yīng)來(lái)檢測(cè)第一聲學(xué)信號(hào)238與第二聲學(xué)信號(hào)240之間的差異。在特定其他實(shí)施例中，壓力傳感器236可以是懸臂式壓力傳感器或基于薄膜的壓力傳感器、傳聲器、水聽(tīng)器或者基于電容的傳感器。
[0042]基于處理器的模塊228連接到壓力傳感器236，并且配置成從壓力傳感器236接收指示第一聲學(xué)信號(hào)238與第二聲學(xué)信號(hào)240之間的差異的信號(hào)。該基于處理器的模塊228還配置成基于該指示第一聲學(xué)信號(hào)238與第二聲學(xué)信號(hào)240之間的差異的信號(hào)而確定樣本流體232中的至少一種組分以及組分230的濃度。
[0043]基于處理器的模塊228可以包括控制器、通用處理器或者嵌入式系統(tǒng)、基于處理器的模塊228可以通過(guò)諸如鍵盤(pán)或控制板等輸入裝置從用戶接收額外的輸入?；谔幚砥鞯哪K228還能夠可通信地連接到存儲(chǔ)模塊，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、閃存或其他類型的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。此類存儲(chǔ)模塊可以使用程序編碼，以指示基于處理器的模塊228執(zhí)行一系列步驟來(lái)確定組分以及組分230的濃度這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。在替代實(shí)施例中，示例性檢測(cè)系統(tǒng)200的所有部件可以用作與檢查系統(tǒng)108、110(如圖1所示)一體成形的單個(gè)獨(dú)立模塊。
[0044]圖3是示意圖300，示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的壓力波前中心以及用于測(cè)量音響(或壓力)信號(hào)的壓力傳感器的相對(duì)位置。在圖示的實(shí)施例中，矩形302表示腔室，而點(diǎn)304表示用矩形302表示的腔室中的流體接收調(diào)制光束的腔室中的位置。具體來(lái)說(shuō)，點(diǎn)304指示流體中由于調(diào)制光束產(chǎn)生的壓力波前的中心。在一個(gè)實(shí)施例中，矩形302可以表示第一腔室，而點(diǎn)304指示代表第一聲學(xué)信號(hào)的壓力波的中心。在另一個(gè)實(shí)施例中，矩形302可以表示第二腔室，而點(diǎn)304指示代表第二聲學(xué)信號(hào)的壓力波的中心。在圖示的實(shí)施例中，壓力傳感器306設(shè)置在相對(duì)于矩形302的位置。盡管在圖示的實(shí)施例中，壓力波的中心表示為點(diǎn)304，但是在其他實(shí)施例中，通過(guò)沿直線向裝入腔室中的流體發(fā)射調(diào)制光束，還可以沿該直線產(chǎn)生壓力波。
[0045]圖4示出了根據(jù)圖3所示的示例性實(shí)施的曲線圖400，該圖示出了壓力波前的變化。該曲線圖的X軸402表示時(shí)間，以微秒為單位,而圖400的y軸404表示壓力，以帕斯卡為單位。波形406指示壓力傳感器檢測(cè)的壓力波。
[0046]圖5示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)500的并排布置。在圖示的實(shí)施例中，第一腔室502連接到第二腔室504并且并排設(shè)置。壓力傳感器506沿第一腔室502與第二腔室504之間的垂直面設(shè)置。調(diào)制光束508、510沿縱向分別發(fā)射到第一腔室502和第二腔室504中。在另一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)制光束508、510可以沿水平方向設(shè)置并且壓力傳感器506可以沿第一腔室502與第二腔室504之間的水平面設(shè)置。
[0047]圖6示出了示例性檢測(cè)系統(tǒng)600的俯視圖。在圖示的實(shí)施例中，檢測(cè)系統(tǒng)600包括連接到圓形第二腔室604的圓形第一腔室602。壓力傳感器606設(shè)置在圓形第一腔室602與圓形第二腔室604之間。此處討論的實(shí)施例不是限定性的并且第一腔室602和第二腔室604可以任何方式設(shè)置，以便大致移除第一聲學(xué)信號(hào)與第二聲學(xué)信號(hào)之間的公共信號(hào)(也稱為“公共模式信號(hào)”)。盡管此處的實(shí)施例僅圖示了兩個(gè)腔室，但是示例性技術(shù)適用于具有兩個(gè)以上腔室的系統(tǒng)。使用多個(gè)腔室可以提供冗余以及多種組分檢測(cè)。
[0048]圖7示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)700的同心布置的俯視圖。檢測(cè)系統(tǒng)700包括第一腔室702和第二腔室704，該第二腔室以同心方式設(shè)置在第一腔室702中。第一腔室702和第二腔室704呈圓柱形。在圖示實(shí)施例中，隔膜706設(shè)置在第一腔室702與第二腔室704之間。壓力傳感器708設(shè)置在隔膜706內(nèi)。或者，隔膜706本身可以是壓力傳感器。
[0049]圖8示出了檢測(cè)系統(tǒng)800的另一個(gè)示例性實(shí)施例。檢測(cè)系統(tǒng)800包括單個(gè)外殼802，該外殼被隔膜804分割以形成第一腔室806和第二腔室808。隔膜804包括壓力傳感器810，用于測(cè)量第一腔室806中產(chǎn)生的第一壓力波與第二腔室808中產(chǎn)生的第二壓力波之間的差異。在其他實(shí)施例中，隔膜804本身可以是壓力傳感器。
[0050]圖9示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的曲線圖900,該圖示出了與參考液體對(duì)應(yīng)的光聲壓力波的振幅的變化。在圖900中，X軸902表示濃度，以ppm(百萬(wàn)分率)為單位，而y軸904表不峰值壓力，以帕斯卡為單位。曲線906表不由于存在參考液體而產(chǎn)生的光聲壓力波的振幅。此處應(yīng)注意，根據(jù)接下來(lái)的圖10所示的實(shí)施例，振幅值4.7X105Pa大于由于存在溶解在液體中的組分而產(chǎn)生的光聲壓力波的振幅。
[0051]圖10示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的曲線圖1000，該圖示出了與溶解在樣本液體中的組分對(duì)應(yīng)的光聲壓力波的振幅。在圖1000中，X軸1002表示濃度，以ppm(百萬(wàn)分率)為單位，而y軸1004表示峰值壓力，以帕斯卡為單位。曲線1006表示由于存在溶解在樣本液體中的組分而產(chǎn)生的光聲壓力波的振幅。在圖示的實(shí)施例中，曲線1006的振幅值在OPa到12Pa的范圍內(nèi)，該振幅值小于圖9中所示的參考液體的振幅值。
[0052]圖11示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的曲線圖1100，例如，該圖示出了與變壓器系統(tǒng)的絕緣油(路徑長(zhǎng)度為0.5mm)對(duì)應(yīng)的吸收光譜。圖1100的x軸1102表示波數(shù)(用cm—1表示)，而圖1100的y軸1104表示吸光率，用百分?jǐn)?shù)值表示。曲線1106表示絕緣油的吸收光譜，其在波數(shù)2000cm-1和3500cm-1處的最小吸光率值為約50%，分別用數(shù)字1108、1110表
/Jn ο
[0053]圖12是根據(jù)示例性實(shí)施例，與多個(gè)氣體組分(500ppm和Imm路徑長(zhǎng)度)對(duì)應(yīng)的吸收光譜的示意圖1200。圖1200的X軸1202表示波數(shù)(用cnT1表示)，而圖1200的y軸1204表示吸光率，用百分?jǐn)?shù)值表示。曲線1206表示二氧化碳的吸收光譜，曲線1208表示甲烷的吸收光譜，而曲線1210表示乙炔的吸收光譜。在圖1200中，乙炔呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)于波數(shù)3300cm_1的吸光率峰值0.05%，用參考數(shù)字1212表示，甲烷呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)于波數(shù)βΙΟΟαιΓ1的吸光率峰值0.2 %，用參考數(shù)字1214表示，而二氧化碳呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)于波數(shù)2300(3!^1的吸光率峰值1.4% (圖中未圖示)。此處應(yīng)注意，與圖12中所示的氣體組分對(duì)應(yīng)的吸光率峰值小于絕緣油的吸光率峰值。此處應(yīng)注意，此處該的多個(gè)實(shí)施例中的所有值不得視作對(duì)本發(fā)明的限制。
[0054]圖13是根據(jù)示例性實(shí)施例的檢測(cè)方法中包括的示例性步驟的流程圖1300。該方法包括通過(guò)調(diào)制光束254的強(qiáng)度和該光束的波長(zhǎng)這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)來(lái)產(chǎn)生1302調(diào)制光束。通過(guò)諸如激光源等光源產(chǎn)生該光束。向第一腔室中的樣本流體發(fā)射1304調(diào)制光束。該樣本流體包括樣本液體和溶解在該樣本液體中的組分。該調(diào)制光束的光束波長(zhǎng)在樣本流體中的該組分的吸收光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)。在此處討論的方法中，在一個(gè)實(shí)施例中，該樣本流體中的該樣本液體可以是變壓器系統(tǒng)中的絕緣油。發(fā)射的調(diào)制光在樣本流體內(nèi)產(chǎn)生熱通量。調(diào)制熱通量的傳播在樣本流體中的產(chǎn)生壓力波。在第一腔室中產(chǎn)生1306第一聲學(xué)信號(hào)。該第一聲學(xué)信號(hào)包括對(duì)應(yīng)于樣本液體的第三聲學(xué)信號(hào)以及對(duì)應(yīng)于樣本流體中的組分的第四聲學(xué)信號(hào)。
[0055]還向第二腔室中的參考流體發(fā)射1308調(diào)制光束。在一個(gè)實(shí)施例中，該參考流體包括變壓器系統(tǒng)的絕緣油，作為參考液體。在第二腔室中產(chǎn)生1310第二聲學(xué)信號(hào)，該第二聲學(xué)信號(hào)表示對(duì)應(yīng)于參考液體的壓力信號(hào)。將第一聲學(xué)信號(hào)傳輸?shù)皆O(shè)置在第一腔室與第二腔室之間的壓力傳感器的第一側(cè)。將第二聲學(xué)信號(hào)傳輸?shù)綁毫鞲衅鞯牡诙?cè)，該第二側(cè)與第一側(cè)相對(duì)。對(duì)應(yīng)于樣本液體的第三聲學(xué)信號(hào)完全中和或大致中和1312對(duì)應(yīng)于參考液體的第二聲學(xué)信號(hào)。該壓力傳感器檢測(cè)第一聲學(xué)信號(hào)與第二聲學(xué)信號(hào)之間的差異1314。
[0056]指示該差異的信號(hào)可以包括光信號(hào)、電信號(hào)和壓力信號(hào)中的一種信號(hào)，具體取決于所用的壓力傳感器的類型。將指示該差異的該信號(hào)從該壓力傳感器傳輸1316到基于處理器的模塊。該基于處理器的模塊測(cè)量指示該差異的該信號(hào)的振幅值。在一個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量的振幅值可以是指示該差異的該信號(hào)的峰值。在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用指示該差異的該信號(hào)的相位信息來(lái)確定該振幅值。
[0057]該基于處理器的模塊基于調(diào)制光束的波長(zhǎng)范圍確定1320該組分。在一些實(shí)施例中，可以使用查詢表來(lái)確定該組分，該查詢表中包含與氣體組分及其對(duì)應(yīng)吸收光譜范圍對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。在一個(gè)實(shí)例中，如果調(diào)制光束的波長(zhǎng)與2200cm-1到2400cm-1范圍內(nèi)的波數(shù)對(duì)應(yīng)，則該基于處理器的模塊確定該組分為二氧化碳。在另一個(gè)實(shí)例中，如果調(diào)制光束的波長(zhǎng)與2900cm-1到3100CHT1范圍內(nèi)的波數(shù)對(duì)應(yīng)，則該組分被檢測(cè)為甲烷。在另一個(gè)實(shí)例中，如果調(diào)制光束的波長(zhǎng)與3200CHT1到3400CHT1范圍內(nèi)的波數(shù)對(duì)應(yīng)，則該組分被檢測(cè)為乙炔。
[0058]在一個(gè)實(shí)施例中，可以使用預(yù)定校準(zhǔn)圖表，基于測(cè)量的振幅值確定1322組分的濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，可以基于傳遞函數(shù)確定該校準(zhǔn)圖表。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以基于模擬結(jié)果確定該校準(zhǔn)圖表。該校準(zhǔn)圖表可以是查詢表，其中包括與每個(gè)氣體組分對(duì)應(yīng)的振幅值范圍的濃度值的數(shù)據(jù)條目。
[0059]該示例性檢查系統(tǒng)和方法能夠使用光聲光譜(PAS)確定流體中的組分的濃度。該技術(shù)在與樣本液體對(duì)應(yīng)的相對(duì)較大振幅的光聲壓力波中檢測(cè)與該組分對(duì)應(yīng)的較小振幅的光聲壓力波。例如，對(duì)于電力變壓器而言，該示例性技術(shù)分析溶解氣體，而不從絕緣油提取氣體組分。
[0060]應(yīng)理解，無(wú)需根據(jù)任意特定實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)上述所有此類目標(biāo)或優(yōu)點(diǎn)。因此，例如，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，本說(shuō)明書(shū)所描述的系統(tǒng)和技術(shù)可以按照實(shí)現(xiàn)或改進(jìn)本說(shuō)明書(shū)所教示的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)的方式來(lái)實(shí)施或執(zhí)行，而不必實(shí)現(xiàn)可能由本說(shuō)明書(shū)所教示或建議的其他目標(biāo)或優(yōu)點(diǎn)。
[0061]盡管僅結(jié)合有限數(shù)量的實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述該技術(shù)，但可以輕易地了解到，本發(fā)明不限于此類公開(kāi)的實(shí)施例。相反，可以修改該技術(shù)以包括此處未描述但與權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍一致的任意數(shù)量的變型、改變、替代或等效布置。此外，盡管已描述了該技術(shù)的多個(gè)實(shí)施例，但應(yīng)了解，本發(fā)明的各個(gè)方面可以只包括該實(shí)施例中的一些實(shí)施例。因此，本發(fā)明不視作受前述說(shuō)明限制，而是僅受限于隨附的權(quán)利要求書(shū)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種系統(tǒng)，包括: 第一腔室，所述第一腔室具有樣本流體； 第二腔室，所述第二腔室連接到所述第一腔室，其中所述第二腔室具有參考流體； 調(diào)制光源，用于向所述樣本流體和所述參考流體發(fā)射調(diào)制光束，以在該第一腔室中產(chǎn)生第一聲學(xué)信號(hào)并且在該第二腔室中產(chǎn)生第二聲學(xué)信號(hào)； 設(shè)置在該第一腔室與該第二腔室之間的壓力傳感器，用于檢測(cè)該第一聲學(xué)信號(hào)與該第二聲學(xué)信號(hào)之間的差異；以及 基于處理器的模塊，所述模塊可通信地連接到所述壓力傳感器，并且配置成從所述壓力傳感器接收指示所述差異的信號(hào)且基于指示所述差異的所述信號(hào)確定所述樣本流體中的組分和所述組分的濃度這兩項(xiàng)中的至少一項(xiàng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述樣本流體進(jìn)一步包括樣本液體，并且其中所述組分是溶解在所述樣本液體中的氣體組分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述氣體組分包括乙炔、氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、二氧化碳、水分以及一氧化碳以及這些項(xiàng)的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述參考流體包括參考液體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制光源包括激光源，用于發(fā)射所述調(diào)制光束，所述調(diào)制光束的光束波長(zhǎng)在所述組分的吸收光譜波長(zhǎng)范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述調(diào)制光源包括光源和調(diào)制裝置，用于控制以下項(xiàng)中的至少一項(xiàng):所述光束的強(qiáng)度、所述光束的波長(zhǎng)以及所述光源的參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述壓力傳感器包括壓電式傳感器、懸臂式傳感器、水聽(tīng)器、基于電容的傳感器或者基于薄膜的傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一腔室和所述第二腔室以并排布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一腔室和所述第二腔室以同心布置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述第一腔室和所述第二腔室被壓力傳感器分隔。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK104422658SQ201410437506
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】N.卡伍里塞圖馬哈文, S.邁蒂, N.喬扈里 申請(qǐng)人:通用電氣公司