一種改進型的油中氣體檢測方法與系統技術方案

一種改進型的油中氣體檢測方法與裝置，采用光聲光譜原理，能夠對變壓器中的CO與CO2，以及其他烴類氣體進行直接檢測，避免了由觸媒因素帶來的檢測結果誤差。此外相對于其他氣體檢測系統，我們設計采用了雙腔體結構，避免了傳統單腔體結構帶來的壓強、溫度的不一致帶來的測量結果誤差。包括光聲光譜反應腔體的設計構造，以及末端信號采集電路系統。其中光聲光譜反應腔體部分主要分為光源，斬波輪，濾光片，步進電機，光聲池以及微音器。后端的信號檢測采集電路分為以下幾個模塊：采集到的原始信號經過隔離電路、前級放大、帶通濾波、跟隨電路、后級放大、二級跟隨電路，最后經AD7606同步采樣AD芯片到達CPU。

Improved method and system for detecting gas in oil

A kind of improved oil gas detection method and device using photoacoustic spectroscopy principle, to CO and CO2 in the transformer, direct detection of hydrocarbons and other gases, the detection results caused by the factors of catalyst have avoided the error. In addition, compared with other gas detection systems, we design a double cavity structure to avoid the measurement errors caused by the inconsistency of the pressure and temperature brought by the traditional single cavity structure. It includes the design and construction of photoacoustic spectrum reaction cavity, and the terminal signal acquisition circuit system. The photoacoustic spectra of reaction cavity is composed of light source, filter, chopper wheel, stepper motor, photoacoustic cell and microphone. Signal collection circuit back-end is divided into the following modules: the collected original signal through the isolation circuit, preamplifier, band-pass filter, amplifier, amplifier, two following circuit, finally by AD7606 synchronous sampling AD chip to reach CPU.

【技術實現步驟摘要】
一種改進型的油中氣體檢測方法與系統
本專利技術是一種改進型的油中氣體檢測方法與裝置，涉及工業設備安全檢測及維護領域。
技術介紹
油中溶解氣體分析(dissolvedgasesanalysis，DGA)技術是目前對充油電力設備進行常規監測的重要手段。因為DGA能夠在無需停電的情況下進行，不受外界電場和磁場因素的影響，已經被世界各國公認為是監測和診斷充油電力變壓器早期故障、預防災難性事故的最好的方法，并形成了系列標準。變壓器的故障會使其在運行中緩慢產生多種氣體，包括短鏈烴類氣體(如CH和C2H2等)，H2，CO和CO等，其中，CO與CO的體積分數可作為固體絕緣材料受熱分解的指示氣體。在《變壓器有種溶解氣體分析和判斷指導細則》中指出，隨著油和固體絕緣材料的老化，CO和CO2會呈現有規律的增長。目前，電力部門主要采用氣相色譜對變壓器油中溶解的CO與CO2的體積分數進行測量，其主要缺點是需要將其用鎳轉化為CH4進行測量，測量時需同時考察其轉化率。鎳觸媒的質量、轉化溫度和色譜柱容量都可能影響轉化率，因此，氣相色譜對CO和CO2的測量的靈敏度與準確度低于短鏈烴類與H2。本專利技術的目的在于提供一種成本低、靈敏度高、可靠性高、可維護性好的光聲光譜測量方法與系統?？捎糜诠I上的油中氣體檢測。相較于其他的檢測方法，光聲光譜能夠對變壓器中的CO與CO2，以及其他烴類氣體進行直接檢測，避免了由觸媒因素帶來的檢測結果誤差。此外相對于其他氣體檢測系統，我們設計采用了雙腔體結構，避免了傳統單腔體結構帶來的壓強、溫度的不一致帶來的測量結果誤差。我們在采集的過程中，直接通過串口或者濾波器將測量波形導出，實時分析，使得整個系統更加實時、高效。此外，由于節約了觸媒了使用，本系統的構造成本相較于傳統的光聲光譜檢測系統來說，大大降低。
技術實現思路
為了解決現有技術的不足，本專利技術提供一種解決目前絕緣油中氣體含量在線監測類產品檢測精度低、穩定性能差、現場維護困難的問題，配合現場的油氣分離單元，電氣控制單元等，研制出一套完整的變壓器油中氣體在線監測系統。包括光聲光譜反應腔體的設計構造，以及末端信號采集電路系統。其中光聲光譜反應腔體部分主要分為光源，斬波輪，濾光片，步進電機，光聲池以及微音器。后端的信號檢測采集電路分為以下幾個模塊：采集到的原始信號經過隔離電路、前級放大、帶通濾波、跟隨電路、后級放大、二級跟隨電路，再經AD7606同步采樣AD芯片到達處理器。附圖說明圖1為光聲光譜油中氣體檢測系統的整體結構圖。圖2為光聲光譜油中氣體檢測系統反應腔體結構圖。圖3為光聲光譜油中氣體檢測系統氣路原理圖。圖4為光聲光譜油中氣體檢測系統脫氣機工作流程圖。圖5為光聲光譜油中氣體檢測功能流程框圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術具體實施作進一步說明：如圖1所示，光聲光譜油中氣體檢測系統主要分為三個部分，第一個部分是信號源，由紅外光源，斬波輪組成，這兩個模塊組成了光聲光譜中的檢測源。第二個部分是氣體反應腔室部分，光源入射到光聲池中會被氣體吸收一部分能量，該氣體中部分分子吸收光能而被激發到激發態，激發態分子通過無輻射碰撞弛豫返回至基態時，將釋放一定的能量轉變為氣體分子的平動動能。氣體分子的平動動能升高意味著溫度的升高，當容器為密閉時，就意味著氣體壓力的升高。當光束被一定頻率的斬波器調制時，則壓力會隨斬波器頻率周期性變化。光聲池內的微音器將檢測到該聲壓并把它轉換成電信號。光聲信號的產生和檢測是一個光、熱、聲、電的能量轉換過程。第三個部分是信號處理部分，通過電路的直流分離、增益放大、帶通濾波等模塊，到達串口的數據具有良好的辨識效果，方便后期的信號處理。如圖2所示，光聲池部分是本系統的核心部分，任何微小的外界或者是內部的環境以及噪聲影響，都會對測量結果產生誤差，這也就是為何將傳統的單腔體的通道改為雙腔體的緣故。光源經過斬波輪調制后，通過步進電機轉動的濾光片進入到光聲池中，光聲池中的待測氣體經過調制光源照射后會跟隨著其調制頻率產生周期聲壓信號并被檢測到。如圖3所示，整個光聲氣體檢測系統的氣路原理圖，整個氣路原理圖可分為以下兩個部分。第一部分是油氣分離裝置和光聲池，將油中待測氣體分離后，通過K1進氣閥，K2排氣閥使整個腔體內的氣體達到一個穩定的狀態，這個穩定最主要的參考指標是溫度和壓強，可以通過溫度傳感器T和壓力傳感器P來測量。第二部分是氣泵以及H2氣體腔，在測量前，通過氣泵將H2泵入后端氣體回路中，通過控制排氣孔K3，K4，K5來確保上次殘留的氣體都被排放出去，而整個氣體回路中僅剩下與反應無關的氣體。圖4展示的是光聲光譜油中氣體檢測系統脫氣機工作流程圖，在開始進行光聲檢測的之前，我們要進行的工作是脫氣排氣工作，這樣做的目的，一是為了將所有氣體通道的雜質氣體排放出去，二是為了使整個設備達到一個穩定狀態。整個脫氣時間要持續至少30min的時間，這個是可以通過程序控制調整的。當達到了預定的脫氣時間以后，就啟動紅外光源，啟動紅外光源并不是開始檢測，而是使光源預熱達到一個穩定狀態，然后記錄壓強示數，讓K1，K2閥門打到0位置，也就是關閉位置，結束整個脫氣流程。如圖5所示，光聲光譜油中氣體檢測功能流程框圖，在開始的時候，排氣孔K3打到1位，記錄此時此刻壓強的讀數，我們將持續將K3維持在高位，直到壓強P的讀數為初始壓強P0±200KPa。待壓強穩定以后，我們將K3排氣孔閥門歸到0位，此刻我們啟動直流電機，并且啟動斬波輪，使斬波輪打到額定的轉速，等到這一步結束以后，我們啟動步進電機，使濾鏡轉到初始設定的位置，然后在每個鏡片前我們停留一分鐘，這個一分鐘是預留給氣體的測試時間，可以通過程序來控制。在我們的試驗中，為了進一步完整的測試出油中所含氣體的成分，我們一共設立了七個濾光片，分別測試其中不同的氣體：CO，CO2，CH4，C2H4，C2H2，C2H6，H2O(準確的說是六中，最后一個H2O是為了檢測混合氣體中的微量水蒸氣)。最后說明的是，以上結合附圖所描述的實施例僅是本專利技術的優選實施方式，而并非本專利技術的保護范圍的限定，任何基于本專利技術精神所做的改進或者等同替換，只要不脫離本專利技術的精神和范圍，均應涵蓋在本專利技術保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改進型的油中氣體檢測方法與系統，用于進行變壓器中油中溶解氣體的檢測，系統包括前端的光聲光譜反應腔體以及末端信號采集電路系統。

【技術特征摘要】
1.一種改進型的油中氣體檢測方法與系統，用于進行變壓器中油中溶解氣體的檢測，系統包括前端的光聲光譜反應腔體以及末端信號采集電路系統。2.根據權利要求1所述的這種油中氣體檢測系統裝置，其特征在于其包括雙腔體的結構設計，信號采集電路的跟隨電路模塊，帶通濾波模塊，增益放大模塊，直流隔離模塊，能夠較好的杜絕單腔體造成的測量誤差與干擾。3.根據權利要求1所述的這種油中氣體檢測裝置，其特征在于，采用了雙腔體的結構設計，避免了由于長時間的檢測，導致光源溫度過高，對濾光片以及測量結果造成巨大的誤差，同時能夠保證對照樣本的環境與...

【專利技術屬性】
技術研發人員：卞春華，余洋，李姍，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32