一种GIS分解气体的检测装置的制作方法

本申请涉及电气设备故障检测技术领域，尤其涉及一种gis分解气体的检测装置。

背景技术：

运行sf6绝缘组合电器(gis)在电、热、环境等多种因素作用下会发生分解并产生各种反映故障性质和绝缘性能的气体，例如二氧化硫、硫化氢、一氧化碳和二氧化碳等，这些气体均匀分布在gis中，统称为gis分解气体。通过对gis分解气体进行分析可以有效地判断gis早期潜伏性故障，通过准确检测分解气体浓度可以对gis故障类型做出判断。因此准确检测gis微量故障特征气体对确保大型电力设备安全可靠运行具有非常重要的意义。

现有的gis分解气体检测方法一般为化学方法和光学方法，化学方法中气相色谱法价格昂贵且检测时间较长，检测管法检测精度低。半导体传感器法对气体选择性差，存在交叉敏感。光学方法中红外吸收光谱法和光声光谱法无法在高浓度背景下实现高灵敏多组分测量，不同气体需要不同的激光光源，导致检测效果较差。因此现有技术在检测gis分解气体时的检测效果差。

技术实现要素：

本申请提供了一种gis分解气体的检测装置，以解决现有技术存在的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

本申请提供了一种gis分解气体的检测装置，包括：激光器、光束校准单元、滤波单元、近心双向多通道腔和光谱采集单元；

所述激光器被配置为发射激光至所述光束校准单元；

所述光束校准单元与所述激光器相连接，被配置为对接收的激光校准质量并发送至所述滤波单元；

所述滤波单元与所述光束校准单元相连接，被配置为对接收的激光进行滤除处理，并发送至所述近心双向多通道腔；

所述近心双向多通道腔可充入gis分解气体，且所述近心双向多通道腔与所述滤波单元相连接，被配置为接收滤波单元发送的激光以使激光照射gis分解气体，得到拉曼散射光，以及将拉曼散射光发送至所述滤波单元；

所述滤波单元进一步被配置为将拉曼散射光发送至所述光谱采集单元；

所述光谱采集单元与所述滤波单元相连接，被配置为对拉曼散射光进行滤除处理，以获取斯托克斯拉曼散射光，并对斯托克斯拉曼散射光进行检测分析。

可选的，所述激光器采用443nm半导体激光器，用于产生单模激光。

可选的，所述光束校准单元包括准直镜和体布拉格光栅；

所述准直镜与激光器连接，用于滤除慢轴上的激光，并将快轴上的激光反射到体布拉格光栅；

所述体布拉格光栅用于选择预设带宽的激光。

可选的，所述滤波单元包括依次连接的第一带宽滤波镜、第一聚焦透镜和第二带宽滤波镜；且所述第一带宽滤波镜、所述第一聚焦透镜和所述第二带宽滤波镜在水平方向上呈一条直线；

所述第一带宽滤波镜与所述体布拉格光栅连接，用于消除荧光以及滤除预设带宽以外的激光；

所述第一聚焦透镜的焦距为25cm，用于对预设带宽的激光进行聚焦并发送至所述第二带宽滤波镜；

所述第二带宽滤波镜与水平方向呈45度倾斜角，用于将预设带宽的激光发送至所述近心双向多通道腔，以及反射拉曼散射光至所述光谱采集单元。

可选的，所述光谱采集单元包括依次连接的高通滤镜、第二聚焦透镜、光谱仪和电荷耦合器件ccd；且第二带宽滤波镜、所述高通滤镜、所述第二聚焦透镜和所述光谱仪呈一条直线；

所述高通滤镜与第二带宽滤波镜连接，用于滤除拉曼散射光中的瑞利散射光和反斯托克斯拉曼散射光，以获取斯托克斯拉曼散射光；

所述第二聚焦透镜的焦距为15cm，用于对斯托克斯拉曼散射光进行聚焦并发送至所述光谱仪和所述电荷耦合器件ccd；

所述光谱仪和所述电荷耦合器件ccd用于对斯托克斯拉曼散射光进行检测分析。

可选的，所述近心双向多通道腔包括两个相同的凹球面反射镜；且所述凹球面反射镜的曲率半径为50mm，焦距为25.4mm。

可选的，所述第一带宽滤波镜的中心波长为438nm；

所述第二带宽滤波镜的中心波长为445nm；

所述高通滤镜的中心波长为448nm。

可选的，所述电荷耦合器件ccd的曝光时间为5s和100s。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种gis分解气体的检测装置，包括：激光器、光束校准单元、滤波单元、近心双向多通道腔和光谱采集单元；激光器被配置为发射激光至光束校准单元；光束校准单元与激光器相连接，被配置为对接收的激光校准质量并发送至滤波单元；滤波单元与光束校准单元相连接，被配置为对接收的激光进行滤除处理，并发送至近心双向多通道腔；近心双向多通道腔可充入gis分解气体，且近心双向多通道腔与滤波单元相连接，被配置为接收滤波单元发送的激光以使激光照射gis分解气体，得到拉曼散射光，以及将拉曼散射光发送至滤波单元；滤波单元进一步被配置为将拉曼散射光发送至光谱采集单元；光谱采集单元与滤波单元相连接，被配置为对拉曼散射光进行滤除处理，以获取斯托克斯拉曼散射光，并对斯托克斯拉曼散射光进行检测分析。本申请利用单一波长激光来同时激发出多种混合光的拉曼光谱信号，可以实现gis分解气体的高灵敏度检测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的gis分解气体的检测装置的整体示意图；

图2为本申请实施例提供的gis分解气体的检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参见图1，为本申请实施例提供的gis分解气体的检测装置的整体示意图。如图1所示，该装置包括：激光器、光束校准单元、滤波单元、近心双向多通道腔和光谱采集单元。

其中，激光器被配置为发射激光至光束校准单元。

光束校准单元与激光器相连接。光束校准单元具体被配置为对接收的激光校准质量并发送至滤波单元。

滤波单元与光束校准单元相连接。滤波单元具体被配置为对接收的激光进行滤除处理，并发送至近心双向多通道腔。

近心双向多通道腔可充入gis分解气体，且近心双向多通道腔与滤波单元相连接。近心双向多通道腔具体被配置为接收滤波单元发送的激光以使激光照射gis分解气体，得到拉曼散射光。还被配置为将拉曼散射光发送至滤波单元。

滤波单元进一步被配置为将拉曼散射光发送至光谱采集单元。

光谱采集单元与滤波单元相连接。光谱采集单元具体被配置为对拉曼散射光进行滤除处理，以获取斯托克斯拉曼散射光，并对斯托克斯拉曼散射光进行检测分析。

在一些实施例中，激光器具体采用443nm半导体激光器，可用于产生单模激光。这种短波长激光器的使用可以进一步提高气体的拉曼散射面积，进而实现拉曼散射信号的增强，激光器最高功率可达到6w。

在一些实施例中，光束校准单元包括准直镜和体布拉格光栅。

其中，准直镜与激光器连接，用于滤除慢轴上的激光，并将快轴上的激光反射到体布拉格光栅。

具体的，准直镜可采用柱面镜，焦距为40cm，作用是降低从激光器慢轴上的发散度，保留快轴上的激光。

体布拉格光栅用于选择预设带宽的激光。可以设定为线宽小于0.1nm约4个波数。

具体的，体布拉格光栅具有90％的衍射效率，且带宽小于0.1nm，可以对从多通道腔返回的激光进行带宽选择，并将激光反馈回激光器。

通过光束校准单元的筛选，最终可以实现激光直径在4-5mm，沿慢轴和快速的发散角分别小于0.5mrad和0.1mrad。

在一些实施例中，滤波单元包括依次连接的第一带宽滤波镜、第一聚焦透镜和第二带宽滤波镜。第一带宽滤波镜、第一聚焦透镜和第二带宽滤波镜在水平方向上呈一条直线设置。

其中，第一带宽滤波镜与体布拉格光栅连接，用于消除荧光以及滤除预设带宽以外的激光。

具体的，第一带宽滤波镜的中心波长为438nm，带宽在414-462nm之间，可以消除光学元件引起的荧光和滤除预设带宽之外的激光。

第一聚焦透镜的焦距为25cm，用于对预设带宽的激光进行聚焦并发送至第二带宽滤波镜。

第二带宽滤波镜与水平方向成一定角度放置，可以为呈45度倾斜角，用于将预设带宽的激光发送至近心双向多通道腔，以及反射拉曼散射光至光谱采集单元。

具体的，第二带宽滤波镜的中心波长为445nm，带宽在425-470nm之间，其作用是反射从近心多通道腔出来的拉曼散射光和对激光进行二次滤除。

在一些实施例中，近心双向多通道腔包括两个相同的凹球面反射镜，且每个凹球面反射镜的曲率半径为50mm，焦距为25.4mm。

具体的，近心双向多通道腔设有气体入口，并通过气体入口充入gis分解气体。近心双向多通道腔内可产生长达7.5m的相互作用路径，激光可在共心处1立方毫米的体积内产生80w的激光功率。激光照射gis分解气体并激发出故障特征气体的拉曼散射光，包括瑞利散射光、反斯托克斯拉曼散射光和斯托克斯拉曼散射光。

同时拉曼散射光会被发送至光谱采集单元。

在一些实施例中，光谱采集单元包括依次连接的高通滤镜、第二聚焦透镜、光谱仪和电荷耦合器件ccd。且第二带宽滤波镜、高通滤镜、第二聚焦透镜和光谱仪呈一条直线设置。

其中，高通滤镜与第二带宽滤波镜连接，用于滤除拉曼散射光中的瑞利散射光和反斯托克斯拉曼散射光，以获取斯托克斯拉曼散射光。

具体的，高通滤镜的中心波长为448nm，通过高通滤镜可以保留故障特征气体的有效斯托克斯拉曼散射信号，并发送至第二聚焦透镜。

第二聚焦透镜的焦距为15cm，用于对斯托克斯拉曼散射光进行聚焦并发送至光谱仪和电荷耦合器件ccd。

光谱仪和电荷耦合器件ccd用于对斯托克斯拉曼散射光进行检测分析。电荷耦合器件ccd的曝光时间为5s和100s，并可以在计算机进行光谱数据分析。

如图2所示，为本申请实施例提供的gis分解气体的检测装置的结构示意图。具体的，该装置的基本光路依次经过准直镜、体布拉格光栅、第一带宽滤镜、第一聚焦透镜、第二带宽滤镜、近心多通道腔、高通滤镜、第二聚焦透镜、光谱仪和ccd。

该装置的工作流程如下：半导体激光器发射出443nm波长的激光，通过准直镜滤除慢轴上的激光，将快轴上的激光反射到体布拉格光栅。经过第一带宽滤镜，滤除光学元件的荧光和对激光带宽进行限制，通过焦距为25cm的聚焦透镜和倾斜一定角度的第二带宽滤波镜进入近心双向多通道腔。激光在近心双向多通道腔内对gis分解气体照射得到拉曼散射光，拉曼散射光由倾斜的第二带宽滤波镜反射，并通过高通滤镜滤除瑞利散射和反斯托克斯散射光，最后经焦距为15cm的聚焦透镜聚焦到光谱仪和ccd上，并通过计算机处理数据。

综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：

本申请实施例提供了一种gis分解气体的检测装置，包括：激光器、光束校准单元、滤波单元、近心双向多通道腔和光谱采集单元；激光器被配置为发射激光至光束校准单元；光束校准单元与激光器相连接，被配置为对接收的激光校准质量并发送至滤波单元；滤波单元与光束校准单元相连接，被配置为对接收的激光进行滤除处理，并发送至近心双向多通道腔；近心双向多通道腔可充入gis分解气体，且近心双向多通道腔与滤波单元相连接，被配置为接收滤波单元发送的激光以使激光照射gis分解气体，得到拉曼散射光，以及将拉曼散射光发送至滤波单元；滤波单元进一步被配置为将拉曼散射光发送至光谱采集单元；光谱采集单元与滤波单元相连接，被配置为对拉曼散射光进行滤除处理，以获取斯托克斯拉曼散射光，并对斯托克斯拉曼散射光进行检测分析。本申请利用单一波长激光来同时激发出多种混合光的拉曼光谱信号，可以实现gis分解气体的高灵敏度检测。还可以实现多组分气体的同时检测。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。