一种基于对射式电调制光源的气体检测装置及使用方法与流程

本发明涉及气体检测，具体为一种基于对射式电调制光源的气体检测装置及使用方法。

背景技术：

1、变压器在长期运行过程中，由于过热和放电现象的存在，油裂解产生ch4、c2h6、c2h4、c2h2等烃类气体，分析变压器油中溶解气体的成分和比例是确保变压器运行状态、预防重大事故发生最有效的途径之一，已广泛应用于电力系统。行业标准dl/t 722-2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中将甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)、乙烯(c2h4)、乙炔(c2h2)与氢气(h2)定义为对判断充油设备发生故障有价值的气体。行业内将化学分析领域的气相色谱法进行专用化设计，研制出基于气相色谱法的专用检测仪器，但该仪器价格昂贵，同时需要消耗载气，难以大规模推广应用。采用电化学传感器检测油中溶解气体，由于化学传感器目前可检测的气体种类有限，且选择性较差，同时在使用中会产生基线漂移，需要频繁校准，导致检测结果不可靠。此外光声光谱法在检测痕量气体方面具有显著的优势，包括高选择性、高灵敏度、零背景信号以及实时在线监测能力等。这些特点使得光声光谱法在环境监测、工业过程控制等领域有着广泛的应用前景。

2、目前，行业内基于光声光谱原理的变压器油中溶解气体检测装置主要以通过机械斩波器调制的红外热辐射光源作为信号激发光源，然而基于机械斩波器的光源调制方法，会引入由机械斩波器旋转带来的相关噪声，同时机械旋转部件装置复杂、可靠性低、成本高，且体积较大。此外还有采用电可调制光源作为激发光源的光声光谱检测装置，但由于调制频率满足微音器响应频率范围的光源其光功率较低，导致激发的光声信号很弱，仪器检测灵敏度不够，限制了电调制光源在光声光谱气体检测领域的应用。

3、综上现有技术存在如下缺点：

4、基于光声光谱原理的变压器油中溶解气体检测装置中采用机械调制法的光声光谱检测系统由于斩波器的机械运动会引起额外噪声，对光声检测系统的信噪比产生影响。以及增加了系统的复杂性，使装置的可靠性无法得到保障。

5、采用电调制法的光声光谱检测系统由于光源调制频率与光源功率的相互制约，即光源的功率越大其调制频率就越低，难以实现应用。

6、现有技术中，专利公开号为cn103954560a的发明专利，提供一种用于光声多组分气体检测的空间光束耦合装置，公开了气体池两端能够同时进光，气体池内开有声谐振腔，窗片a以一定的角度固定于气体池的声谐振腔的一端，窗片b以一定的角度固定于气体池的声谐振腔的另一端，声敏元件安装于气体池内并与声谐振腔内表面相接触，复合光源a和复合光源b输出的合成光沿与声谐振腔轴线有一定角度的方向通过窗片a和窗片b射入气体池，气体池内的气体受到入射光束激励后无辐射跃迁产生光热信号，声敏元件对所产生的光热信号进行测量，然后对声敏元件测量得到的光热信号进行分析处理得到被测气体的浓度。但是，现有技术的两束光源同时开启，光合成之后射入光声池内部，设置两束光源是为了光声池的利用率，以及无法满足需要高调制频率的要求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：如何设计一套设备，既可去除斩波器旋转对检测装置造成的弊端，又可解决电可调制光源的光功率较低所带来的局限性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于对射式电调制光源的气体检测装置，包括第一光源110、第二光源120、光声池200、支撑组件300和滤光片组件400；

4、支撑组件300包括支撑底座310和支撑杆320；支撑杆320固定位于支撑底座310的侧面；以及第一光源110和第二光源120分别与支撑杆320的首尾端固定连接；

5、滤光片组件400包括第一滤光片转盘410、第二滤光片转盘420、转动杆430和驱动组件440；第一滤光片转盘410和第二滤光片转盘420套设在转动杆430上，并随着转动杆430同步转动；第一滤光片转盘410固定位于转动杆430的顶部，转动杆430的底部与支撑底座310活动连接；驱动组件440驱动转动杆430转动；

6、第一滤光片转盘410和第二滤光片转盘420之间形成容纳区域4120；光声池200位于支撑底座310上，且位于容纳区域4120内；光声池200的顶部射入口210和底部射入口同轴线，且与第一滤光片转盘410和第二滤光片转盘420上的滤光片的过滤区域纵向对准；

7、第一光源110的发射光依次穿过第一滤光片转盘410上滤光片、顶部射入口210后进入光声池200内部；第二光源120发射光依次穿过第二滤光片转盘420上的滤光片、底部射入口后进入光声池200内部；以及第一光源110和第二光源120交替点亮。

8、在本发明的一实施例中，气体检测装置包括微音器510；在与光声池200的光声腔垂直侧面开孔，用于安装微音器510；以及根据微音器510的最低频率信号；将第一光源110和第二光源120的调制频率分别达到微音器510的最低响应频率信号的一半。

9、在本发明的一实施例中，第一滤光片转盘410和第二滤光片转盘420同轴线设置；将第一滤光片转盘410上的过滤片，定义为的第一过滤片；将第二滤光片转盘420上的过滤片定义为第二过滤片；

10、多个第一过滤片以第一滤光片转盘410的圆心为中心，圆周均匀分布；多个第二过滤片以第二滤光片转盘420的圆心为中心，圆周均匀分布；

11、第一过滤片的圆心到第一滤光片转盘410的圆心的半径与第二过滤片的圆心到第二滤光片转盘420的圆心的半径相等。

12、在本发明的一实施例中，多个第一过滤片的过滤范围不同，多个第二过滤片的过滤范围不同；但处于同一纵向轴线上的第一过滤片和第二过滤片，其过滤范围相同。

13、在本发明的一实施例中，支撑底座310包括底板311和支撑板312；支撑板312固定于底板311上，并与底板311形成镂空区域313；以及光声池200可拆卸的固定在支撑板312上，且在支撑板312设置有通槽区域，底部射入口位于所述通槽区域内。

14、在本发明的一实施例中，第二滤光片转盘420上的过滤片部分位于镂空区域313内；且使用时，至少有一个过滤片的过滤区域与所述通槽区域、底部射入口纵向对准。

15、在本发明的一实施例中，支撑杆320与支撑板312固定连接；且支撑板312的尾端延申至镂空区域313内，并位于第二滤光片转盘420之下。

16、在本发明的一实施例中，气体检测装置还包括光源控制板520；光源控制板520与第一光源110和第二光源120通信连接。

17、在本发明的一实施例中，气体检测装置还包括锁相放大器530和主控电路板540；锁相放大器530与微音器510通信连接；主控电路板540与锁相放大器530、光源控制板520、驱动组件440通信连接。

18、本发明还提供一种基于对射式电调制光源的气体检测装置的使用方法，包括：

19、第一光源110点亮，使发射的光束垂直穿过第一滤光片转盘410上的滤光片后穿过顶部射入口210入射至光声池200内部激发光声信号；

20、在固定延时后，关闭第一光源110，第二光源120点亮；

21、第二光源120发射的光束垂直穿过第二滤光片转盘420上的滤光片后穿过底部射入口入射至光声池200内部激发光声信号；

22、第一光源110和第二光源120交替反复进行，直至全部完成待测气体的激发；

23、其中，当需要检测另一种待测气体时，驱动组件440驱动转动杆430转动，选择与待测气体匹配的滤光片停止转动；

24、重复第一光源110和第二光源120交替点亮工作，直至全部完成此待测气体的激发。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：两个光源设置在光声池两侧，工作时交替点亮，提高调制频率，实现频率倍增。摆脱了机械调制的速度通常较慢、需要复杂的机械结构、以及电调制法调制频率较低的弊端，等效实现高调制频率高光功率的光声光谱检测装置。