一种六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法

专利名称：一种六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法
技术领域：
本发明涉及一种电力及环保领域气体含量测量方法，具体说是涉及一种六 氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法。
背景技术：
SF6气体化学性质稳定，是一种高电气强度的气体绝缘介质，具有很好的灭 弧和绝缘性能，故被广泛地应用在高压变电站的电力设备中，如SFe高压断路器、 SF6封闭组合电器(GIS)等。当GIS设备内的SF6气体发生泄漏，将使SFe气 体的浓度和压力降低，导致其灭弧和绝缘能力降低，设备的安全运行得不到保 证，严重时将产生重大供电事故。此外，SF6气体无色、无味，人的感官无法识 别，而且其比重比空气大， 一旦泄漏将排斥空气并沉积在室内地表上方，对进 入开关室工作人员的人身安全造成很大威胁。我国《电业安全工作规程》特别 规定，在相关场所必须安装02和SF6检测报警装置。
目前用于SF6气体泄露检测的方法主要有(l)负电晕放电探测法；(2)紫 外线电离法；(3)声波检测法；(4)红外成像检测法；(5)光谱吸收检测法。 其中光谱吸收检测法测量范围宽、精度高、稳定性好、灵敏度高、成本较红外 成像检测法低，适合于大范围的在线实时检测。实用新型专利(ZL 200620034423.6)发明了六氟化硫智能环境监控系统及其六氟化硫气体激光探测 琴，提出了一种SF6气体激光探测器，包括激光管、采样室、采样通道、光电传 感器；专利(申请号200410103239.8)公开了一种六氟化硫(SF6)气体检测 方法，通过红外光源照射样品池，在被测处的另一边设有光电探测器，通过光 电探测器给出红外光谱强度的变化量，即可获得被测处SF6的含量状况。总体来看，上述发明均采用了一个激光(红外)光源， 一个探测器，利用SF6气体对特
定光谱的吸收特性服从朗伯-比尔(Lambert-Beer)，以获取其含量。但由于普通 激光器输出的光谱功率稳定性差，难以进一步提高设备的测量精度及稳定性。 专利(申请号200610040630.7)公开了一种基于激光光谱法的高灵敏SF6大范 围监测仪，安装有一个电机驱动的斩波器，斩波器为一表面镀有金属膜的转盘， 转盘上有缺口，激光光束经转盘上金属膜反射到达其中一个光强探测器，激光 光束经转盘上缺口到达另一个光强探测器。虽然采用了两个光强探测器以提高 测量精度，但监测仪的构造较复杂。因此，针对结构简单、测量精度高的SF6 气体浓度测量方法为主的研发，实现开关室环境的实时监测，对于保障SF6设备 的安全运行乃至电网的正常运转具有十分重要意义。

发明内容
本发明目的在于提供一种六氟化硫(SF6)浓度的双光路激光测量装置及测 量方法，不需要复杂的结构，能进一步提高光谱吸收法的测量精度，克服了现 有光谱吸收检测法存在的不足。
为达到上述目的，本发明的技术方案和措施是
装置由C02激光器、原始功率测量光强探测器、空气输送泵、SF6气体浓度 测量光强探测器、气体分析室、光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全 反射镜片器A构成，C02激光器发出的激光光束通过光学全反射镜片器B、光 学半波镜片器、光学全反射镜片器A将器件相连。测量时，C02激光器发出的 激光光束，经过光学全反射镜片器B全反射后，进入光学半波镜片器，半波镜 片器将激光器射出的光束分为两束， 一束到达原始功率测量光强探测器，作为 激光器发射的原始功率测量，另一束到达SF6气体浓度测量光强探测器，作为 SF6气体浓度测量。所述的光学全反射镜片器B内有光学全反射镜片B，与C02激光器发出的
入射激光光束呈45。设置；
所述的光学全反射镜片器A内设有光学全反射镜片A，与入射激光光束呈 45°设置；
所述的光学半波镜片器内有半波镜片，与入射激光光束呈45。设置。
所述的测量时，C02激光器发出的激光光束，经过光学全反射镜片B全反 射后，进入光学半波镜片器，设置于其中的半波镜片，将激光器射出的光束分 为两束。 一束到达第一个原始功率测量光强探测器，作为激光器发射的原始功 率测量，另一束到达SF6气体浓度测量光强探测器，作为SF6气体浓度测量。通 过空气输送泵让开关室内抽样的空气流过气体分析室，若空气中无SF6气体或由 于激光器输出的光谱功率不稳定，第一个探测器输出的信号减去第二个光强探 测器输出的信号为零；若空气中有SF6气体，第一个探测器输出的信号减去第二 个光强探测器输出的信号不为零，从而实现SF6气体的高精度测量，消除了激光 器输出的光谱功率变化的影响。
本发明的有益效果是采用了光学半波镜片将激光器射出的光束分为两束， 不需要复杂的结构；采用双光强探测器构差分信号输出，消除了激光器输出的 光谱功率变化对测量精度的影响。具有结构简单，测量精度高，工作稳定可靠。


图1是本发明所述的结构示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图1，详细叙述本发明的具体结构和实施例。
图〗中，1是C02激光器，其波长为10.6函，功率为5W; 2是原始功率测
量光强探测器，主要是探测不含SF6气体的空气指标以及C02激光器1输出的光谱功率实时值；3是空气输送泵，能够将开关室内抽样的空气送入气体分析室;
4是SF6气体浓度测量光强探测器；5是气体分析室；6是光学全反射镜片器B;
7是光学全反射镜片B， C02激光器1发出的激光光束以45°的入射角经光学全
反射镜片B进行全反射；8是光学半波镜片器；9是光学半波镜片；10是光学全 及射镜片器A; ll是光学全反射镜片A。
C02激光器1产生的光束经光学全反
射镜片A 11到达光学半波镜片9后分出两束光束， 一束到达原始功率测量光强 探测器2，另一束经光学全反射镜片B 7经气体分析室5到达SF6气体浓度测量 光强探测器4。
测量时，启动本装置，原始功率测量光强探测器2输出的探测空气指标与 SF6气体浓度测量光强探测器4的输出探测指标相减，如果差值为"0"，说明开 关室内空气不含SF6气体；如果差值不为"0"，说明开关室内空气含有SF6气体。 为消除C02激光器1输出的光谱功率变化的影响，原始功率测量光强探测器2 可探测CCM敫光器1输出的光谱功率实时值，将该实时值与SF6气体浓度测量 光强探测器4实时值相减，进而排除了 C02激光器1输出的光谱功率不稳定的 影响。
权利要求
1、一种六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法，其特征是装置由CO2激光器、原始功率测量光强探测器、空气输送泵、SF6气体浓度测量光强探测器、气体分析室、光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A构成，CO2激光器发出的激光光束通过光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A将器件相连；测量时，CO2激光器发出的激光光束，经过光学全反射镜片器B全反射后，进入光学半波镜片器，半波镜片器将激光器射出的光束分为两束，一束到达原始功率测量光强探测器，作为激光器发射的原始功率测量，另一束到达SF6气体浓度测量光强探测器，作为SF6气体浓度测量。
2、 按照权利要求1所述的六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法，其 特征是所述的光学全反射镜片器B内有光学全反射镜片B，与C02激光器发 出的入射激光光束呈45°设置。
3、 按照权利要求l所述的六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法，其 特征是所述的光学全反射镜片器A内有光学全反射镜片A，与入射激光光束 呈45°设置。
4、 按照权利要求1所述的六氟化硫浓度的双光路激光测量装置及测量方法，其 特征是所述的光学半波镜片器内有半波镜片，与入射激光光束呈45。设置。
全文摘要
本发明涉及一种六氟化硫浓度的双光路激光测量方法。装置由CO₂激光器、原始功率测量光强探测器、空气输送泵、SF₆气体浓度测量光强探测器、气体分析室、光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A构成，光束通过光学全反射镜片器B、光学半波镜片器、光学全反射镜片器A将器件相连。测量时，激光光束，经过光学全反射镜片器B全反射后，进入光学半波镜片器，半波镜片器将激光器射出的光束分为两束，一束到达原始功率测量光强探测器，作为激光器发射的原始功率测量，另一束到达SF₆气体浓度测量光强探测器，作为SF₆气体浓度测量。采用本发明装置，结构简单，消除了激光器输出的光谱功率变化对测量精度的影响。
文档编号G01N21/39GK101609043SQ200910111670
公开日2009年12月23日 申请日期2009年5月6日 优先权日2009年5月6日
发明者健 关, 宇 卢, 燕 吴, 吴允平, 吴进营, 李汪彪, 霞 林, 苏伟达, 蔡声镇, 陈锦凯 申请人:福建师范大学