一種采用徑向結(jié)構(gòu)的光聲光譜檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種采用徑向多層結(jié)構(gòu)的光聲光譜檢測(cè)裝置，主要包括：光源、光源調(diào)節(jié)支架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、機(jī)械斬光器、斬光器控制器、濾光片盤及濾光片、光聲池、循環(huán)氣泵、過濾裝置、電磁閥、出光口拋物面反光鏡、高靈敏度傳聲器、鎖相放大器，以及嵌入式主機(jī)。所述光源安裝在光源調(diào)節(jié)支架上，可由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)上下移動(dòng)。所述的光聲池有兩個(gè)或多個(gè)光聲腔，每個(gè)光聲腔的進(jìn)氣口、出氣口位于光聲腔軸向垂直的側(cè)壁上，靠近兩端，且為漸擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)；所述的濾光片盤繞中心具有兩層或多層開孔，開孔上裝有濾光片，所述光聲池在濾光片盤及濾光片后端，兩個(gè)或多個(gè)光聲腔分別的位置分別與濾光片盤的開孔位置對(duì)應(yīng)。
【專利說明】一種采用徑向結(jié)構(gòu)的光聲光譜檢測(cè)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體檢測(cè)裝置，特別涉及一種能夠檢測(cè)多種電氣設(shè)備故障下氣體分解產(chǎn)物的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]氣體檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)化生產(chǎn)及日常生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，諸如油氣管道的泄漏檢測(cè)、電力系統(tǒng)中的變壓器油中溶解氣體檢測(cè)、化工企業(yè)的排放廢氣檢測(cè)以及空氣中的痕量污染氣體檢測(cè)、人體疾病與醫(yī)療診斷方面的呼出氣體檢測(cè)等。
[0003]如目前電力行業(yè)積極應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，開展?fàn)顟B(tài)維修，加強(qiáng)設(shè)備的常規(guī)測(cè)試和綜合分析，及時(shí)消除了一些設(shè)備隱患，但與發(fā)達(dá)國家的供電可靠性相比還有一些差距。電氣設(shè)備故障，如電力變壓器故障，SF6、氟碳混合氣體等氣體絕緣電氣設(shè)備故障等一直是危害電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素，因此，對(duì)這些電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)尤為重要。
[0004]對(duì)于充油式電力變壓器，需要檢測(cè)的特征氣體有CH4，C2H4，H2，CO，C02, C2H2, C2H6等。目前對(duì)該類氣體的檢測(cè)方法較多；如專利200910046340.7提到一種采用光聲光譜技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)電力變壓器的系統(tǒng)，該光聲光譜檢測(cè)儀器采用可調(diào)諧級(jí)聯(lián)二極管激光器作為光源。
[0005]以六氟化硫氣體(SF6)為絕緣和滅弧介質(zhì)的電氣設(shè)備，如GIS(氣體絕緣開關(guān)設(shè)備，Gas-1nsulated Switchgear)、斷路器、變壓器、開關(guān)柜等，以其可靠性高、維護(hù)量小、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)迅速發(fā)展，并廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高壓和超高壓領(lǐng)域，逐漸成為現(xiàn)代變電站的首選設(shè)備之一。然而SF氣體對(duì)電場(chǎng)不均勻性非常敏感，對(duì)設(shè)備加工要求高；而且SF6氣體的放電分解物，如S02F2、S0F2、SF4、SF2、H2S、S0F4等，均為劇毒物質(zhì)，對(duì)人員健康威脅很大；同時(shí)SF6氣體的溫室效應(yīng)非常大，它的全球溫暖化潛能值(GWP)大約是C02氣體的23900倍，且在大氣中壽命約3200年，聯(lián)合國氣候變化公約締約方在1997年簽訂的《京都議定書》中，將SF6氣體列為六種限制使用的溫室氣體之一。因此國內(nèi)外的科研人員進(jìn)行了大量的研究，希望尋找到能替代SF6氣體用于電氣設(shè)備的新介質(zhì)。
[0006]專利CN200610160462.5 提到采用 N2、02、干燥空氣、C02、CF4、c_C4F8、C2F6、C3F8或CF3I之中的任一種單體氣體、或?qū)⑦@氣體中的任意2種及以上的氣體混合而成的混合氣體，作為絕緣氣體，用于氣體絕緣電氣設(shè)備。一些人已經(jīng)在進(jìn)行應(yīng)用嘗試。
[0007]目前對(duì)于使用SF6氣體的電氣設(shè)備，通過檢測(cè)SF6氣體故障分解物進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)和診斷的技術(shù)已有一些；專利CN2747583Y “六氟化硫電氣設(shè)備故障檢測(cè)儀的檢測(cè)機(jī)構(gòu)”通過一個(gè)四通接頭連接壓力傳感器、SO2電化學(xué)氣體傳感器和H2S電化學(xué)氣體傳感器，檢測(cè)SO2和H2S的含量并對(duì)設(shè)備內(nèi)部故障進(jìn)行診斷。但是該專利只能檢測(cè)SO2和H2S氣體，檢測(cè)多種氣體組分時(shí)會(huì)受到結(jié)構(gòu)的限制。類似的還有專利CN101464671A“一種六氟化硫氣體及其分解物監(jiān)測(cè)監(jiān)控的裝置及方法”。
[0008]專利CN101644670A “六氟化硫氣體放電微量組分的紅外檢測(cè)裝置及方法”利用傅立葉紅外光譜的方法對(duì)GIS在局部放電下的SF6分解氣體進(jìn)行檢測(cè)。還有，專利CN10151496A “基于光聲光譜技術(shù)的SF6檢測(cè)系統(tǒng)”，專利CN101982759A “局放下六氟化硫分解組分的紅外光聲光譜檢測(cè)裝置及方法”，專利CN102661918A“非共振光聲光譜檢測(cè)分析裝置”，但都是針對(duì)SF6分解氣體的某一或者某幾個(gè)組分設(shè)計(jì)的裝置，對(duì)于其他絕緣介質(zhì)的檢測(cè)無能為力。同時(shí)對(duì)于不同氣體的轉(zhuǎn)換速度很慢，不利于快速檢測(cè)不同組分的氣體。
[0009]同時(shí)針對(duì)新型絕緣氣體的基于故障分解物的診斷、檢測(cè)技術(shù)和方法還很少。專利CN201110160224.5提出通過檢測(cè)電氣設(shè)備中CF4、C2F6、C2F4、C3F8及C3F6氣體含量，來判斷C-C4F8及其與N2、CF4等氣體混合氣體絕緣電氣設(shè)備內(nèi)部的故障情況，但沒有提及各氣體組分的檢測(cè)方法，特別是在線監(jiān)測(cè)的方法。
[0010]此外還有廠礦企業(yè)、大氣環(huán)境、人體呼出氣體等場(chǎng)合的氣體檢測(cè)也有越來越多的需求。而現(xiàn)有的基于光聲光譜技術(shù)的氣體檢測(cè)方法所用的光聲池，在檢測(cè)前需要對(duì)光聲池抽真空，或者需要用純氣進(jìn)行沖洗，增加了復(fù)雜度，降低了檢測(cè)效率。同時(shí)也沒有一種通用的裝置，能適用于所有電氣設(shè)備故障分解氣體的檢測(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好同時(shí)效率高的通用型檢測(cè)裝置，能夠適用于各種絕緣介質(zhì)的電氣設(shè)備。
[0012]光聲光譜技術(shù)基于光聲效應(yīng)。光聲效應(yīng)由氣體分子吸收電磁波而產(chǎn)生，氣體分子吸收特定波長的電磁波后至激發(fā)態(tài)，隨即以釋放熱能的方式退激，釋放出的熱能在氣體中產(chǎn)生壓力波，壓力波的強(qiáng)度與氣體分子的濃度成比例，通過檢測(cè)吸收不同波長而產(chǎn)生的壓力波的強(qiáng)度，可得到不同氣體組分的濃度。
[0013]本發(fā)明的氣體絕緣電氣設(shè)備分解氣體檢測(cè)裝置主要包括:光源、光源調(diào)節(jié)支架、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、機(jī)械斬光器、斬光器控制器、濾光片盤及濾光片、光聲池、循環(huán)氣泵、過濾裝置、電磁閥、出光口拋物面反光鏡、高靈敏度傳聲器、鎖相放大器以及嵌入式主機(jī)。
[0014]所述的光源安裝在光源調(diào)節(jié)支架上，所述光源可根據(jù)需要沿光源調(diào)節(jié)支架上下滑動(dòng)。所述光源調(diào)節(jié)支架為不銹鋼或鋁合金材質(zhì)的絲杠結(jié)構(gòu)，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)進(jìn)而驅(qū)動(dòng)光源上下運(yùn)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述的光源向上滑動(dòng)到固定位置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，光源向下滑動(dòng)到固定位置。
[0015]所述的光源也可以是兩個(gè)，且性能相同，即采用同一型號(hào)的光源，光源功率相同，固定安裝在光源調(diào)節(jié)支架的上部和下部，上部和下部的光源中心線分別與光聲池的兩個(gè)光聲腔的中心線重合；此時(shí)不需要安裝驅(qū)動(dòng)光源移動(dòng)的電機(jī)。
[0016]所述的光聲池包括兩個(gè)光聲腔，用來測(cè)量油中溶解氣體、SF6類的分解產(chǎn)物、氟碳?xì)怏w類的分解產(chǎn)物，以及N2、C02等氣體。油中溶解氣體如H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2等，SF6類的分解產(chǎn)物有S02F2、SOF2, SOF4, SO2, SF4, CF4, CO2以及H2O,氟碳?xì)怏w類的分解產(chǎn)物有CF4、C2F6、C2F4、C3F8及C3F6、C3F6N2。所述光聲池的制作材料為鋁合金、鋁、黃銅或不銹鋼。所述光聲池的兩個(gè)光聲腔上下排列。每個(gè)光聲腔都包括進(jìn)氣口、出氣口、入光口、出光口、傳聲器安裝口。光聲腔的直徑Φ為3?100mm、長度L為20?500mm，且滿足直徑Φ小于長度L ;光聲腔的軸向兩端開有圓形通孔，分別為入光口和出光口。所述入光口安裝有高透光率的玻璃窗；所述出光口安裝有出光口拋物面反光鏡。垂直于光聲腔軸向的光聲池相向的兩個(gè)側(cè)壁上開有進(jìn)氣口和出氣口。所述進(jìn)氣口和出氣口位于光聲腔同一側(cè)，且沿光聲腔軸線方向分布；所述進(jìn)氣口在入光口一側(cè)，所述出氣口在出光口一側(cè)。所述進(jìn)氣口和出氣口為漸擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)即孔的口徑大小由外向內(nèi)逐漸擴(kuò)大，采用漸擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)可以消除光聲腔內(nèi)部氣體循環(huán)時(shí)的死氣區(qū)。在檢測(cè)時(shí)，光聲腔內(nèi)部氣體在幾個(gè)循環(huán)內(nèi)即全部替換為需要檢測(cè)的新氣，減少了上次檢測(cè)的影響，同時(shí)降低了對(duì)循環(huán)氣泵的流量需求，特別適用于在線安裝，此外該結(jié)構(gòu)還適用于樣品量很少的場(chǎng)合。同時(shí)在光聲池側(cè)壁中部與中心線垂直對(duì)應(yīng)每個(gè)光聲腔的位置處開有傳聲器安裝口，高靈敏度傳聲器安裝在所述傳聲器安裝口。
[0017]所述光聲腔對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣口和出氣口分別接氣體管路，氣體管路上裝有電磁閥，控制管路的通斷。兩個(gè)光聲腔連接的管路用三通合為一路，由循環(huán)氣泵驅(qū)動(dòng)被檢測(cè)氣體經(jīng)管路從進(jìn)氣口進(jìn)入，從出氣口返回。在所述循環(huán)氣泵之前還裝有過濾裝置，用于過濾氣體中的固體顆粒。檢測(cè)未知類型的氣體時(shí)，兩個(gè)光聲腔同時(shí)進(jìn)入被檢測(cè)氣體；對(duì)于已知類型的檢測(cè)氣體，如為SF6類的絕緣介質(zhì)，則利用電磁閥控制氣體只進(jìn)入位于上部的第一光聲腔；對(duì)于氟碳類絕緣氣體，則利用電磁閥控制氣體只進(jìn)入位于下部的第二光聲腔，采用該方式可避免不必要的檢測(cè)，減少檢測(cè)時(shí)間。對(duì)于其他檢測(cè)也可以進(jìn)行類似操作。
[0018]工作時(shí)，根據(jù)檢測(cè)絕緣設(shè)備的不同，控制氣體回路，使被檢測(cè)氣體進(jìn)入不同的光聲腔進(jìn)行檢測(cè)。嵌入式主機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)將光源驅(qū)動(dòng)到所需位置。
[0019]所述的濾光片盤為圓形結(jié)構(gòu)，其上開有濾光片安裝孔，濾光片安裝孔圍繞濾光片盤的圓心由內(nèi)向外布置為兩層，內(nèi)層和外層的濾光片盤各有8個(gè)安裝孔；安裝孔上安裝有窄帶濾光片。濾光片盤安裝在轉(zhuǎn)軸上，由電機(jī)帶動(dòng)繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。所述外層的濾光片安裝孔裝有檢測(cè)SF6類的分解產(chǎn)物SO2F2、SOF2、SOF4、SO2、SF4、CF4、CO2、H2O的濾光片，所述內(nèi)層的濾光片安裝孔裝有檢測(cè)氟碳?xì)怏w類的分解產(chǎn)物CF4、C2F6、C2F4、C3F8、C3F6、C3F6N2以及N2、C02氣體的濾光片。所述外層或內(nèi)層的濾光片安裝孔也可裝設(shè)檢測(cè)油中溶解氣體H2、CH4、C2H4、C2H6、C2H2 的濾光片。
[0020]上述的光聲池也可以包括三個(gè)或更多光聲腔；光聲腔從上到下排列在光聲池上；對(duì)應(yīng)的，濾光片盤上圍繞中心對(duì)稱布置三層或多層濾光片，分別檢測(cè)多種氣體。
[0021]所述機(jī)械斬光器放置在光源的出口端。濾光片盤及濾光片放置在機(jī)械斬光器后，光聲池位于濾光片盤及濾光片之后。光源位于光源調(diào)節(jié)支架的上部位置時(shí)，光源的中心線與濾光片盤上的外層圓孔中心線對(duì)應(yīng)；光源位于光源調(diào)節(jié)支架的下部位置時(shí)，光源的中心線與濾光片盤上的內(nèi)層圓孔中心線對(duì)應(yīng)。所述光聲池的第一光聲腔與濾光片盤上的外層圓孔對(duì)應(yīng)，使得透過濾光片的平行光的中心線正好與第一光聲腔的中心線對(duì)應(yīng)；所述的第二光聲腔與濾光片盤的內(nèi)層圓孔對(duì)應(yīng)，使得透過濾光片的平行光的中心線正好與第二光聲腔的中心線對(duì)應(yīng)。
[0022]機(jī)械斬光器經(jīng)由信號(hào)線纜與斬光器控制器連接，機(jī)械斬波器的斬光調(diào)制頻率由斬光器控制器控制，并通過BNC信號(hào)線將斬光調(diào)制頻率信號(hào)傳輸給鎖相放大器。濾光片盤及濾光片放置在機(jī)械斬光器后，對(duì)調(diào)制過的紅外光進(jìn)行濾波，透射過濾光片的紅外光經(jīng)過光聲池的入光口射入光聲腔，經(jīng)光聲池的出光口射出，光聲腔的出光口安裝有出光口拋物面反光鏡，出光口拋物面反光鏡把紅外光反射回光聲腔，并聚焦于光聲腔的幾何中心。在光聲腔中產(chǎn)生的光聲信號(hào)由安裝在光聲池側(cè)壁上的高靈敏度傳聲器接收，并通過抗干擾信號(hào)線傳輸至鎖相放大器處理，處理后再經(jīng)過RS485/232電纜傳輸至嵌入式主機(jī)。
[0023]所述高靈敏度傳聲器的頻率響應(yīng)范圍是0.1Hz?30kHz，靈敏度大于20mV/Pa。所述鎖相放大器的頻率范圍為ImHz?102.4kHz，靈敏度為2nV?IV，增益精確度為± I %，動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)>100dB，具有GPIB和RS232兩種接口。斬光器控制器的輸出端口與所述的鎖相放大器通過BNC信號(hào)線相連，斬光器的調(diào)制頻率作為參考頻率由斬光器控制器的輸出端口傳送到鎖相放大器，鎖相放大器的輸出信號(hào)經(jīng)RS485/232傳輸?shù)角度胧街鳈C(jī)處理得到絕緣介質(zhì)分解氣體種類、濃度等信息。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明采用徑向多層結(jié)構(gòu)光聲光譜檢測(cè)裝置示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明中的光聲池7的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明中的濾光片盤及濾光片6的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本發(fā)明中的光聲池7另一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖中:1光源調(diào)節(jié)支架、2光源、3機(jī)械斬光器、4信號(hào)線纜、5斬光器控制器、6濾光片盤及濾光片、7光聲池、8出光口拋物面反光鏡、9高靈敏度傳聲器、10抗干擾信號(hào)線、IIBNC信號(hào)線、12鎖相放大器、13RS485/232電纜、14嵌入式主機(jī)、15驅(qū)動(dòng)電機(jī)、16控制線、17循環(huán)氣泵、21第一電磁閥、22第二電磁閥、23第三電磁閥、24第四電磁閥。

【具體實(shí)施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0030]圖1為本發(fā)明徑向多層結(jié)構(gòu)的光聲光譜檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明裝置主要包括光源2、光源調(diào)節(jié)支架1、機(jī)械斬光器3、斬光器控制器5、濾光片盤及濾光片
6、光聲池7、出光口拋物面反光鏡8、高靈敏度傳聲器9、鎖相放大器12、嵌入式主機(jī)14、驅(qū)動(dòng)電機(jī)15、循環(huán)氣泵17、過濾裝置18、第一電磁閥21、第二電磁閥22、第三電磁閥23,以及第四電磁閥24。
[0031]被測(cè)氣體從圖1所示的進(jìn)氣口進(jìn)入，由循環(huán)氣泵17驅(qū)動(dòng)沿管路流動(dòng)，經(jīng)過濾裝置18過濾，經(jīng)第二三通26分為兩路，一路經(jīng)第一電磁閥21，從第一進(jìn)氣口 711進(jìn)入第一光聲腔710，再從第一出氣口 712流出，經(jīng)第二電磁閥22，進(jìn)入第一三通25 ;另一路經(jīng)第三電磁閥23進(jìn)入，從第二進(jìn)氣口 721進(jìn)入第二光聲腔720，再從第二出氣口 722流出，經(jīng)第四電磁閥24，進(jìn)入第一三通25 ;而后兩路氣體在第一三通25合為一路流出。
[0032]所述第一電磁閥21、第二電磁閥22、第三電磁閥23、第四電磁閥24由嵌入式主機(jī)14控制通斷；所述循環(huán)氣泵17由嵌入式主機(jī)14控制啟停。
[0033]圖2為本發(fā)明的光聲池7的結(jié)構(gòu)不意圖；如圖2所不,主要包括第一光聲腔710、第一進(jìn)氣口 711、第一出氣口 712、第一入光口 713、第一出光口 714 ;以及第二光聲腔720、第二進(jìn)氣口 721、第二出氣口 722、第二入光口 723、第二出光口 724。所述的第一光聲腔710和第二光聲腔720為圓柱腔形結(jié)構(gòu)，且上下平行布置在光聲池7上。
[0034]位于上部的第一光聲腔710的軸向兩端開有圓形通孔,分別為第一入光口 713和第一出光口 714 ;垂直于第一光聲腔710軸向的側(cè)壁上開有第一進(jìn)氣口 711和第一出氣口712 ;所述第一進(jìn)氣口 711和第一出氣口 712位于第一光聲腔710同一側(cè)且沿第一光聲腔710軸線方向分布；所述第一進(jìn)氣口 711在第一入光口 713—側(cè)，所述第一出氣口 712在第一出光口 714—側(cè)；所述第一進(jìn)氣口 711和第一出氣口 712都為漸擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)，孔的口徑從外向內(nèi)逐漸擴(kuò)大。
[0035]位于下部的第二光聲腔720的軸向兩端開有圓形通孔，分別為第二入光口 723和第二出光口 724 ;垂直于第二光聲腔720軸向的側(cè)壁上開有第二進(jìn)氣口 721和第二出氣口722 ;所述第二進(jìn)氣口 721和第二出氣口 722位于第二光聲腔720同一側(cè)且沿第二光聲腔720軸線方向分布；所述第二進(jìn)氣口 721在第二入光口 723 —側(cè)，所述第二出氣口 722在第二出光口 724—側(cè)；所述第二進(jìn)氣口 721和第二出氣口 722都為漸擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)，孔的口徑從外向內(nèi)逐漸擴(kuò)大。
[0036]圖3為本發(fā)明的濾光片盤及濾光片6的結(jié)構(gòu)示意圖；如圖3所示，濾光片盤及濾光片6包括圓盤狀的濾光片盤63，窄帶濾光片61及轉(zhuǎn)軸62 ;所述濾光片盤63為圓形結(jié)構(gòu),繞轉(zhuǎn)軸62由內(nèi)向外開有兩層圓孔，每層8個(gè)，共16個(gè)；所述濾光片盤63可以繞轉(zhuǎn)軸62旋轉(zhuǎn)；所述的濾光片盤63上的圓孔為安裝孔，窄帶濾光片61安裝在濾光片盤63的圓孔內(nèi)。
[0037]圖4為本發(fā)明中的光聲池7另一種實(shí)施方式示意圖，如圖4所示，光聲池7包括三個(gè)光聲腔:第一光聲腔710、第三光聲腔730、第二光聲腔720 ;第一、第三、第二三個(gè)光聲腔從上到下順序排列；每個(gè)光聲腔分別有對(duì)應(yīng)的進(jìn)氣口、出氣口，進(jìn)光口、出光口，以及對(duì)應(yīng)的高靈敏度傳聲器。
[0038]如圖1、圖2和圖3所示，所述光源2通過連接件固定在光源調(diào)節(jié)支架I上，用于斬光調(diào)制的機(jī)械斬光器3放置在光源2的出口端。濾光片盤及濾光片6放置在機(jī)械斬光器3后，光聲池7位于濾光片盤及濾光片6之后,且所述光聲池7的第一光聲腔710與濾光片盤63上的外層圓孔對(duì)應(yīng)，使得透過窄帶濾光片61的平行光的中心線正好與第一光聲腔710的中心線對(duì)應(yīng)；所述的第二光聲腔720與濾光片盤63的內(nèi)層圓孔對(duì)應(yīng)，使得透過窄帶濾光片61的平行光的中心線正好與第二光聲腔720的中心線對(duì)應(yīng)。
[0039]光源2在處于光源調(diào)節(jié)支架I的上部時(shí)，光源的中心線與第一光聲腔710的中心線重合，光源2在處于光源調(diào)節(jié)支架I的下部時(shí)，光源的中心線與第二光聲腔720的中心線重合。光源2受驅(qū)動(dòng)電機(jī)15驅(qū)動(dòng)沿光源調(diào)節(jié)支架I上下移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)15經(jīng)控制線16由嵌入式主機(jī)14控制。
[0040]光源2發(fā)出的光經(jīng)過機(jī)械斬光器3斬光后，連續(xù)的平行紅外光被調(diào)制為具有特定調(diào)制頻率的平行紅外光。之后，寬譜平行紅外光經(jīng)過濾光片盤及濾光片6中的窄帶濾光片濾波后，僅有窄帶濾光片61允許通過的特定波長范圍的紅外光透過濾光片，原有的寬譜平行紅外光變?yōu)榫哂刑囟úㄩL范圍的窄帶平行紅外光。機(jī)械斬光器3執(zhí)行的斬光調(diào)制頻率由斬光器控制器5發(fā)出，通過信號(hào)線纜4傳輸給機(jī)械斬光器3，并通過BNC信號(hào)線11傳輸給鎖相放大器12作為鎖相放大器的參考頻率。
[0041]光源2處于光源調(diào)節(jié)支架I的上部時(shí)，透過濾光片盤及濾光片6的窄帶平行紅外光通過第一入光口 713進(jìn)入第一光聲腔710，沿第一光聲腔710軸向穿過，通過第一出光口714射出，經(jīng)過第一出光口拋物面反光鏡81的反射回第一光聲腔710，并聚焦于第一光聲腔710幾何中心，光程倍增的紅外光被絕緣氣體分解氣體吸收產(chǎn)生光聲效應(yīng)，產(chǎn)生的光聲信號(hào)由安裝在第一光聲腔710上的第一高靈敏度傳聲器91接收轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過抗干擾信號(hào)線10，進(jìn)入鎖相放大器12，進(jìn)一步通過RS485/232電纜13傳輸至嵌入式主機(jī)14，最終得到被檢測(cè)的絕緣氣體分解氣體的組分信息，包括種類、含量等。
[0042]光源2處于光源調(diào)節(jié)支架I的下部時(shí)，透過濾光片盤及濾光片6的平行光通過第二入光口 723進(jìn)入第二光聲腔720，沿第二光聲腔720軸向穿過，通過第二出光口 724射出，經(jīng)過第二出光口拋物面反光鏡82的反射回第二光聲腔720，并聚焦于第二光聲腔720幾何中心，光程倍增的紅外光被絕緣氣體分解氣體吸收產(chǎn)生光聲效應(yīng)，產(chǎn)生的光聲信號(hào)由安裝在第二光聲腔720上的第二高靈敏度傳聲器92接收轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過抗干擾信號(hào)線10，進(jìn)入鎖相放大器12，進(jìn)一步通過RS485/232電纜13傳輸至嵌入式主機(jī)14，最終得到被檢測(cè)的絕緣氣體分解氣體的組分信息，包括種類、含量等。
[0043]第一出光口拋物面反光鏡81、第二出光口拋物面反光鏡82的形狀尺寸與光聲池7配合，拋物面焦點(diǎn)分別在對(duì)應(yīng)第一光聲腔710、第二光聲腔720的幾何中心處。
【權(quán)利要求】
1.一種采用徑向多層結(jié)構(gòu)的光聲光譜檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的檢測(cè)裝置包括光源調(diào)節(jié)支架(I)、光源(2)、機(jī)械斬光器(3)、斬光器控制器(5)、濾光片盤及濾光片(6)、光聲池(7)、出光口拋物面反光鏡(8)、高靈敏度傳聲器(91、92)、鎖相放大器(12)、嵌入式主機(jī)(14)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)(15)、循環(huán)氣泵(17)、過濾裝置(18)，以及電磁閥(21、22、23、24);所述機(jī)械斬光器(3)放置在光源(2)的出口端，濾光片盤及濾光片(6)放置在機(jī)械斬光器(3)后且兩者共軸；光聲池(7)位于濾光片盤及濾光片(6)之后；所述的光源(2)安裝在光源調(diào)節(jié)支架⑴上，光源⑵能夠沿光源調(diào)節(jié)支架(I)上下滑動(dòng)；所述光源調(diào)節(jié)支架(I)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)(15)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，嵌入式主機(jī)(14)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)(15)將光源⑵驅(qū)動(dòng)到所需位置；所述的光聲池(X)包括兩個(gè)或多個(gè)光聲腔，兩個(gè)或多個(gè)光聲腔上下排列；每個(gè)光聲腔均包括進(jìn)氣口、出氣口、入光口、出光口，以及傳聲器安裝口 ；每個(gè)光聲腔的軸向兩端開有圓形通孔，分別為入光口和出光口 ；所述入光口安裝有玻璃窗；光聲腔的出光口端安裝有出光口拋物面反光鏡；垂直于光聲腔軸向的光聲池相向的兩個(gè)側(cè)壁上開有進(jìn)氣口和出氣口 ；所述進(jìn)氣口和出氣口位于光聲腔的同一側(cè)，且沿光聲腔軸線方向分布；所述進(jìn)氣口在入光口 一側(cè)，所述出氣口在出光口一側(cè)；所述進(jìn)氣口和出氣口從外到內(nèi)為漸擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)；在光聲池側(cè)壁對(duì)應(yīng)每個(gè)光聲腔的位置處開有傳聲器安裝口，高靈敏度傳聲器安裝在所述傳聲器安裝口上；所述光聲腔的進(jìn)氣口和出氣口分別接氣體管路，氣體管路上裝有電磁閥；兩個(gè)或多個(gè)光聲腔連接的管路合為一路，由循環(huán)氣泵(17)驅(qū)動(dòng)被檢測(cè)氣體經(jīng)管路從進(jìn)氣口進(jìn)入，從出氣口返回；在所述循環(huán)氣泵之前還裝有過濾裝置(18)，用于過濾氣體中的固體顆粒；所述的濾光片盤(63)為圓形結(jié)構(gòu)，其上開有濾光片安裝孔，濾光片安裝孔圍繞濾光片盤(63)的圓心由內(nèi)向外布置為兩層，內(nèi)層和外層的濾光片盤各有8個(gè)安裝孔；安裝孔上安裝有窄帶濾光片，濾光片盤(63)安裝在轉(zhuǎn)軸上，由電機(jī)帶動(dòng)繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；機(jī)械斬光器經(jīng)由信號(hào)線纜與斬光器控制器連接，機(jī)械斬波器的斬光調(diào)制頻率由斬光器控制器控制，并通過BNC信號(hào)線將斬光調(diào)制頻率信號(hào)傳輸給鎖相放大器；在光聲腔中產(chǎn)生的光聲信號(hào)由安裝在光聲池側(cè)壁上的高靈敏度傳聲器接收，并通過抗干擾信號(hào)線傳輸至鎖相放大器處理，處理后再經(jīng)過RS485/232電纜傳輸至嵌入式主機(jī)。
2.按照權(quán)利要求1所述的光聲光譜檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的光聲池(7)由第一光聲腔(710)和第二光聲腔(720)構(gòu)成，所述第一光聲腔(710)軸向兩端的圓形通孔，分別為第一入光口(713)和第一出光口(714);垂直于第一光聲腔(710)軸向的側(cè)壁上開有第一進(jìn)氣口(711)和第一出氣口(712)，所述第一進(jìn)氣口(711)和第一出氣口(712)位于第一光聲腔(710)同一側(cè)且沿第一光聲腔(710)軸線方向分布；所述第一進(jìn)氣口(711)在第一入光口(713) —側(cè)，所述第一出氣口(712)在第一出光口(714) —側(cè)；所述第一進(jìn)氣口(711)和第一出氣口(712)為從外到內(nèi)的漸擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)；所述第二光聲腔(720)軸向兩端開有圓形通孔，分別為第二入光口(723)和第二出光口(724);垂直于第二光聲腔(720)軸向的側(cè)壁上開有第二進(jìn)氣口(721)和第二出氣口(722)，所述第二進(jìn)氣口(721)和第二出氣口(722)位于第二光聲腔(720)同一側(cè)且沿第二光聲腔(720)軸線方向分布；所述第二進(jìn)氣口(721)在第二入光口(723) —側(cè)，所述第二出氣口(722)在第二出光口(724) —側(cè)；所述第二進(jìn)氣口(721)和第二出氣口(722)為從外到內(nèi)的漸擴(kuò)孔結(jié)構(gòu)；所述的高靈敏度傳聲器(91、92)分別安裝在第一光聲腔(710)和第二光聲腔(720)與軸線垂直的側(cè)壁上。
3.按照權(quán)利要求2所述的光聲光譜檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的第一光聲腔(710)和第二光聲腔(720)為圓柱形腔體，直徑Φ為3?100mm、長度L為20?500mm，且滿足直徑Φ小于長度L ;所述第一出光口(714)處固定有第一出口拋物面反光鏡(81)，第二出光口(724)處固定有第二出口拋物面反光鏡(82)。
4.按照權(quán)利要求1所述的光聲光譜檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的光源(2)位于光源調(diào)節(jié)支架(I)的上部時(shí)，所述光源的中心線與光聲腔(710)的中心線、濾光片盤(63)上的外層圓孔中心線重合；光源(2)在光源調(diào)節(jié)支架(I)的下部時(shí)，光源(2)的中心線與光聲腔(720)的中心線、濾光片盤(63)上的內(nèi)層圓孔中心線重合。
5.按照權(quán)利要求1所述的光聲光譜檢測(cè)裝置，其特征在于:所述的光源(2)為兩個(gè)，且同一型號(hào)，光源功率相同，兩個(gè)光源(2)分別固定在光源調(diào)節(jié)支架(I)的上部和下部，位于上部的光源的中心線與第一光聲腔(710)的中心線重合；位于下部的光源的中心線與第二光聲腔(720)的中心線重合。
【文檔編號(hào)】G01N21/3518GK104198427SQ201410455935
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】張國強(qiáng), 李康, 邱宗甲, 林濤 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電工研究所