本發(fā)明屬于精密檢測儀器領域，具體涉及一種用于氣體檢測的吸收池，尤其涉及一種可用于檢測變壓器油中溶解氣體的氣體吸收池。
背景技術：
采用光譜法測量單一組分或多組分氣體的技術在工業(yè)中的應用已越來越廣泛。比如激光光譜測量儀器可用于監(jiān)測變壓器油中溶解氣體。由于氣體吸收的“指紋”特性，光在通過充滿被檢測氣體的吸收池后，某個單一頻率的光被池中氣體所吸收，單一頻率反映了氣體成分，單一頻率光強的變化則反映了被檢測氣體的濃度。這一氣體成分的檢測過程，廣泛應用于工業(yè)生產和環(huán)境監(jiān)測領域。目前存在很多檢測技術，主要使用的是中紅外和近紅外光譜檢測技術。由于氣體吸收的橫截面積很小，所以一般需要通過增加光程來提高氣體檢測靈敏度。
現(xiàn)有技術的氣體吸收池，主要有長光程池和可調光程池兩類。長光程池，通過在吸收池內部氣室放置多片反射鏡，使得光在氣室內完成多次反射，利用短的距離來增加光程，提高檢測靈敏度?？烧{光程池的結構基本同長光程池，不同的是可通過調節(jié)反射次數(shù)來控制光程的變化。兩種都是通過控制光程以求達到目標檢測靈敏度。
長光程池和可調光程池中的光學元件多，調光結構復雜，使得其容積相對較大。另，長光程池和可調光程池對反射鏡的鍍膜工藝要求高，安裝維護困難且成本高，抗震動性差，因而環(huán)境適應性較差。
技術實現(xiàn)要素：
為解決現(xiàn)有技術的長光程池和可調光程池的上述問題，本發(fā)明提供一種小容積短光程氣體吸收池，所述小容積短光程氣體吸收池改變了現(xiàn)有長光程池的復雜結構，克服了光路調整難度大、抗震性差等的缺陷。具體技術方案如下。
一種用于氣體檢測的氣體吸收池，其包括：用于將光源的光進行準直的光纖準直模塊，用于對準直后通過腔體氣室的光進行聚焦并使聚焦光出射的聚焦模塊，位于光纖準直模塊和聚焦模塊之間、用于引入和排出待測氣體的腔體，其中，所述光纖準直模塊包括光纖準直器、用于調節(jié)光路的精密調光結構、用于將精密調光結構與腔體一端密閉固定在一起的光纖準直模塊固定端，其中光纖準直器的準直透鏡端插入精密調光結構的中心通孔中并固定；所述聚焦模塊上包括聚焦透鏡、用于固定聚焦透鏡并且與腔體另一端密閉固定在一起的聚焦模塊固定端，該聚焦透鏡的光軸與腔體氣室的中心軸線、光纖準直模塊的光軸重合；所述腔體的兩端分別與光纖準直模塊固定端和聚焦模塊固定端密閉連接，腔體的中空部分是用于容納待測氣體的氣室，準直后的光束通過氣室傳輸?shù)骄劢鼓K，其側面設有進氣口和出氣口，并且在氣室壁面比如在頂部設有連接孔比如螺孔和/或插孔用于安裝至少一個傳感器、優(yōu)選兩個以上傳感器用來檢測氣室的溫度和壓力等參數(shù)，以便用來對檢測結果進行修正。
由于氣體吸收池中不包含用于實現(xiàn)光反射的反射鏡，使得氣體吸收池結構簡單、易安裝拆卸且多次安裝拆卸并不會影響檢測精度，這種無需反射鏡的簡單結構增強了氣體吸收池的抗震性和環(huán)境適應性，同時直通式、短光程的氣室結構設計使得吸收池的氣室容積小，相應地減小了氣體吸收池的體積。優(yōu)選地，氣體吸收池在小容積、短光程條件下，能達到很高的檢測精度，比如在變壓器油中溶解氣體檢測中的應用，優(yōu)于國家電網企業(yè)標準規(guī)定的最低檢測限。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，上述光源的光可以是任何可用于檢測氣體的光，波長范圍為200-6000nm、優(yōu)選200-1800nm，包括但不限于可見光、紫外光、紅外光和/或近紅外光。進一步地，優(yōu)選從光源發(fā)射的光是激光。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述光纖準直模塊還包括光纖準直模塊保護殼，用來罩住光纖準直器、精密調光結構、光纖準直模塊固定端，保護這些部件不受外界環(huán)境及物體的影響。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，上述氣體吸收池還包括用于固定所述光纖準直模塊保護殼和所述腔體前端的第一支架以及用于固定所述腔體后端的第二支架，所述第一支架和第二支架分別與腔體的兩端相連接固定。
進一步地，氣體吸收池還包括用于接入光源的入光口。在一種實施方式中，所述入光口位于第一支架上。比如，入光口安裝有法蘭，用于連接光源和光纖準直模塊。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述聚焦模塊固定端上設置有出光口(即聚焦透鏡出射口)，聚焦透鏡的光軸與腔體氣室的中心軸線、光纖準直模塊的光軸重合。比如，該出光口設置在聚焦模塊固定端上。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述光纖準直模塊固定端上有中心通孔，該中心通孔中固定有斜窗片，用來減小光學標準具干擾。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述聚焦模塊固定端后部可進一步連接光電探測模塊，該光電探測模塊用于接收從所述出光口透射出的光，并轉換為電信號。
本發(fā)明還提供了上述氣體吸收池在氣體檢測中的應用。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，上述氣體吸收池可用于檢測變壓器油中溶解氣體。
在一種優(yōu)選的實施方式中，所述變壓器油中溶解氣體選自n2、o2、h2、ch4、c2h2、c2h4、c2h6、co、co2中的一種或兩種以上。
本發(fā)明的氣體吸收池的腔體結構簡單，光程短，容積小，使得整個吸收池結構緊湊，氣密性好，易安裝拆卸，便于維護；并且具有抗震性好、環(huán)境實用性強的優(yōu)點。
附圖說明
圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個氣體吸收池實施例的結構示意圖。
附圖標記說明：1、氣體吸收池；2、光纖準直模塊；3、聚焦模塊；4、腔體；21、光纖準直器；22、精密調光結構；23、光纖準直模塊固定端；24、第一支架；25、光纖準直模塊保護殼；241、入光口；31、聚焦透鏡；32、出光口；33、聚焦模塊固定端；34、第二支架；41、腔體氣室；42、進氣口；43、傳感器；44、螺栓；45、出氣口。
具體實施方式
下面將結合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行描述。顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施方式，而不是全部的實施方式；并且附圖中所示的結構僅僅是示意性的，并不代表實物。需要說明的是，基于本發(fā)明中的這些實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
在本發(fā)明中，術語“氣體吸收池”和“吸收池”表示相同的意義，可以互換。
本文中，術語“前”表示沿著本發(fā)明的氣體吸收池中沿光束方向的上游的位置關系，但并不意味著實際安裝操作中必須朝向某一固定方向，僅僅為了顯示各個部件之間的位置關系或連接關系。類似地，術語“后”、“上”、“下”等并不構成絕對的空間關系限制，只是一種相對的概念。這是本領域技術人員都能夠理解的。有時為了在文字上描述方便，會面向附圖方向，將光束方向上游一側稱為“左”、光束方向下游一側稱為“右”，只是一種相對的概念，這是本領域技術人員都能夠理解的。
參見圖1，本發(fā)明的氣體吸收池1主要包括光纖準直模塊2、聚焦模塊3、腔體4這三個部分。其中光纖準直模塊2用于將光源的光進行準直后入射至腔體4的氣室41內，以便供氣室41內的待測氣體吸收。光纖準直模塊2主要包括光纖準直器21、用于調節(jié)光路從而使光束與下述聚焦透鏡31的光軸共軸的精密調光結構22、用于將精密調光結構22與腔體4一端(即前端)密閉固定在一起的光纖準直模塊固定端23。優(yōu)選地，光纖準直模塊2還包括光纖準直模塊保護殼25，該保護殼25用來罩住光纖準直器21、精密調光結構22、光纖準直模塊固定端23，保護這些部件不受外界環(huán)境及物體的影響。在一種優(yōu)選的實施方式中，為了支撐整個吸收池1、保持吸收池1的結構穩(wěn)定性，光纖準直模塊2還可以包括用于固定腔體4前端和光纖準直模塊保護殼25的第一支架24。優(yōu)選地，光纖準直器21的準直透鏡端插入精密調光結構22的中心通孔中并固定。在一種實施方式中，第一支架24上可以設有入光口241，入光口241安裝有法蘭用于連接光源。
光纖準直模塊固定端23上設有中心通孔，該中心通孔中可以固定有斜窗片，用來減小光學標準具干擾，保證氣體檢測準確性。
聚焦模塊3主要包括聚焦透鏡31、用于固定聚焦透鏡31并且與腔體4另一端密閉固定在一起的聚焦模塊固定端33，該聚焦透鏡31的光軸與腔體氣室41中心軸線、光纖準直模塊2的光軸重合。在一種優(yōu)選的實施方式中，為了支撐整個吸收池1、保持吸收池1的結構穩(wěn)定性，在腔體4后端還可以設置起固定作用的第二支架34，第一支架24和第二支架34一起固定、支撐整個氣體吸收池。聚焦模塊固定端33上設置有出光口32(即聚焦透鏡出射口32)，聚焦透鏡31的光軸與腔體氣室41的中心軸線、光纖準直模塊2的光軸重合。
腔體4的兩端分別與光纖準直模塊固定端23和聚焦模塊固定端33密閉連接，腔體4的中空部分是用于容納待測氣體的氣室41，準直后的光束通過氣室41傳輸?shù)骄劢鼓K3，氣室41側面設有進氣口42和出氣口45，并且在氣室壁面合適的部位比如在頂部設有連接孔比如螺孔和/或插孔用于安裝至少一個傳感器43、優(yōu)選兩個以上傳感器43用來檢測氣室的溫度和壓力參數(shù)，以便用來對檢測結果進行修正。應理解，進氣口42和出氣口45的位置可以根據(jù)實際需要進行切換。由于氣室41不需要安裝用于多次反射光線的反射鏡或反射鏡組，使得氣體吸收池1結構簡單、易安裝拆卸且多次安裝拆卸并不會影響檢測精度，這種無需反射鏡或反射鏡組的簡單結構增強了氣體吸收池1的抗震性和環(huán)境適應性，同時直通式、短光程的氣室結構設計使得吸收池1的氣室41容積小，相應地減小了氣體吸收池1的體積。優(yōu)選地，氣體吸收池1在小容積、短光程條件下，能達到很高的檢測精度，比如在變壓器油中溶解氣體檢測中的應用，優(yōu)于國家電網企業(yè)標準規(guī)定的最低檢測限。這種簡潔的結構也使得氣體吸收池1的檢修維護更加方便。
本發(fā)明的氣體吸收池1中，保持光纖準直模塊2與腔體4之間、腔體4與聚焦模塊3之間的緊密固定至關重要。比如，腔體4兩端可以通過嵌套方式分別與光纖準直模塊固定端23和聚焦模塊固定端33密閉固定在一起。在一種優(yōu)選的實施方式中，當腔體4為內壁光滑的圓筒時，腔體4前端設有螺紋孔和圓環(huán)形凹槽，與光纖準直模塊固定端23和第一支架24緊密連接；腔體4后端也設有螺紋孔和圓環(huán)形凹槽，與聚焦模塊固定端33和第二支架34緊密連接。同時，在腔體4前后兩端的連接處可通過密封膠和/或生料帶、必要時加設螺栓44分別與光纖準直模塊固定端23和/或聚焦模塊固定端33固定，這種密封結構能夠充分保障氣室41的氣密性，也使得氣體吸收池1的檢修維護更加方便。
在一種優(yōu)選的實施方式中，上述精密調光結構22可利用三角形的穩(wěn)定性原理，采用雙三角形嵌套結構，實現(xiàn)光路的精密調節(jié)，使得光路調節(jié)簡單、結構穩(wěn)定且抗震性好。
在一種實施方式中，上述第一支架24和第二支架34上可以分別設有螺紋結構與腔體4兩端形成螺紋連接，用于固定連接腔體4。
優(yōu)選地，第一支架24和第二支架34上可以分別設有螺紋孔，與工作臺螺紋固定連接，保證吸收池1的抗震性。
上述聚焦模塊3后部可進一步連接光電探測模塊(未圖示)，該光電探測模塊用于接收從出光口32出射的光線、并轉換為電信號。
上述氣體吸收池1可應用于檢測氣體。比如可用于檢測變壓器油中溶解氣體。
變壓器油中氣體組分和濃度很大程度地反映了變壓器的熱電故障程度和使用壽命，變壓器油中氣體分析己成為變壓器內部潛伏性故障檢測的有效技術手段。研究和發(fā)展變壓器油中的多組分氣體、在線檢測技術具有重要的理論和現(xiàn)實意義。變壓器油中溶解氣體組分主要有n2、o2、h2、ch4、c2h2、c2h4、c2h6、co、co2等氣體。正常情況下油浸式電力變壓器內的油和絕緣紙材料在熱和電的共同作用下，會逐漸老化和分解，產生少量的低分子烴類及co2、co等氣體。若變壓器內部發(fā)生過熱性故障、放電性故障或受潮情況時，這些氣體的產量會迅速增加。因此通過在線監(jiān)測變壓器油中氣體種類及含量可以反映變壓器的運行狀況，及時準確地檢測出電力變壓器潛伏性故障。
通過實驗發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的氣體吸收池1通過紅外光和/或近紅外光的激光用于檢測變壓器油中溶解氣體組分比如n2、o2、h2、ch4、c2h2、c2h4、c2h6、co、co2等氣體時，具有極高的檢測靈敏度和可靠性，比如氣體吸收池1對于上述氣體的檢測下限低于國家電網公司企業(yè)標準規(guī)定的最低檢測限值，因此能夠有效地實現(xiàn)在線檢測，減少變壓器故障的誤報率。
需說明的是，在本文中的術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。
以上實施例僅用以說明本發(fā)明專利的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明專利進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明專利各實施例技術方案的精神和范圍。