1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 国网安徽省电力有限公司, 电力科学研究院, 安徽 合肥 230000
传统变压器绝缘油品质荧光分析检测方法是利用荧光分光光度计采集油样本全谱段荧光光谱, 根据不同老化程度绝缘油的全谱荧光特征变化建立变压器运行状态诊断模型。 针对传统荧光方法中光度计体积大、 价格昂贵以及因光谱采集时间长无法实现实时监测等问题, 提出一种基于荧光双色比例的变压器绝缘油品质检测方法, 提取荧光特征双波段信息并建立变压器运行故障诊断模型, 可通过定制滤光片和可见光电探测器等硬件取代传统荧光分光光度计, 实现双色荧光信息快速采集及处理, 满足在线实时监测的同时降低硬件成本。 对放电击穿故障造成的变压器绝缘油老化进行荧光分析, 试验模拟了不同放电击穿工况, 制备了不同放电击穿时间(10, 30, 50, 70, 90和120 min)下的尼纳斯油样本作为荧光检测目标; 使用荧光分光光度计采集了各样本在不同激发波长下的荧光发射光谱, 确定最优固定激发波长为280 nm; 使用3点移动均值平滑法对样本荧光光谱平滑去噪, 通过分析不同放电击穿时间下油样荧光特征峰的变化规律, 选取380~388和399~407 nm作为双色信息提取波段, 利用最小二乘曲线拟合建立了荧光双色比例变压器绝缘油放电击穿故障诊断模型。 研究结果初步证明了荧光双色比例法在变压器绝缘油放电击穿故障诊断上的有效性, 为一种体积小、 成本低、 快速有效在线监测系统的建立提供了一定的理论与实践基础。
变压器绝缘油 荧光光谱 双色比例探测 故障诊断模型 Transformer insulated oil Fluorescence spectra Double-color ratio detection Fault diagnosis model 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1134
1 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院, 合肥 230601
2 大连理工大学 光电工程与仪器科学学院, 大连 116024
为了满足变压器中绝缘纸板因过热或者放电故障产生的一氧化碳气体的在线监测需求, 提出了一种基于光纤光声传感的油中溶解一氧化碳气体检测技术。采用光声光谱气体检测技术、并结合光纤传感和膜分离技术, 设计了集成油气分离和气体检测功能于一体的光纤光声传感探头, 油中溶解的一氧化碳气体通过油气分离膜进入到光纤探头中的微型气腔; 采用两根光纤将探头连接到解调仪器, 分别传输近红外激发光和探测光; 气体吸收光能产生的光声信号被光纤法布里-珀罗传感器探测, 并被设计的光纤光声解调模块进行信号处理, 获得系统对一氧化碳气体体积分数的检测灵敏度为0.345pm/10-6。结果表明, 所设计的光纤传感系统对油中溶解一氧化碳气体体积分数检出限达到5×10-6。该研究具有精度高、抗电磁干扰、脱气简单的优势, 为变压器油中溶解一氧化碳气体的检测提供了新方法。
传感器技术 微量气体检测 光声光谱 变压器 油中溶解气体分析 sensor technology trace gas detection photoacoustic spectroscopy transformer analysis of dissolved gas in oil
1 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院, 安徽 合肥 230022
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
非共振光声光谱技术可用于在线检测变压器油中溶解气体, 保障变压器安全运行。然而在室外环境下, 背景信号易受到环境温度、湿度的影响, 必须对这些因素进行校正, 以提高仪器在线检测的稳定性和可靠性。背景信号的温度和湿度校正因子一般通过实验室测量得到, 但测量过程中由于外部环境干扰, 采集样本会出现较大波动, 因此需要具有一定鲁棒性的回归算法计算校正因子。研究了基于支持向量回归的背景信号的温度和湿度校正方法, 选择乙炔作为研究对象, 在实验室内利用湿度发生器产生不同浓度水汽, 同时利用温度传感器测量光声池温度, 回归乙炔背景信号校正因子, 并采用体积分数分别为 0、5×10-6 和 2×10-5 的乙炔和空气混合气体进行了验证。研究结果表明, 对于体积分数为 5×10-6 和 2×10-5 的乙炔混合气体, 所提方法和最小二乘法校正结果趋势相同, 但最小二乘法校正信号存在趋势性偏离, 而所提方法对背景信号校正具有更好的重复性和稳定性, 优于最小二乘法。
光谱学 光声光谱 支持向量回归 温度湿度校正 溶解气体分析 spectroscopy photoacoustic spectroscopy support vector regression temperature and humidity correction dissolved gas analysis
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院, 安徽 合肥 230022
被动FTIR红外遥测技术可应用于气体泄漏检测, 气体检测下限与仪器信噪比密切相关。 仪器信噪比与测量参数有关, 如光谱分辨率、 采样频率、 积分时间、 平均次数等, 如何结合实际应用优化参数组合以实现最佳信噪比, 目前还缺少系统分析。 针对这一问题, 从理论上分析了这些参数与信噪比关系, 并归类为三个方面: （1）光谱分辨率, 引用了Roland Harig给出的结论, 当光谱分辨率低于特征峰半高全宽时, 信噪比不变, 但为了避免背景气体的交叉干扰, 分辨率不宜设置过低, 需要结合实际应用综合考虑; （2）降低采样频率能够减少计算量, 缩小光谱范围, 但采样频率和光谱范围与信噪比无关; （3）在积分时间和光谱平均次数方面, 同样时间条件下, 多次干涉图采集会引入零光程差的采样误差, 使得噪声大于理论计算值, 因而长积分时间获得信噪比优于多次平均。 开展了六氟化硫（SF6）泄漏检测实验, 根据SF6特征峰宽度选择4 cm-1分辨率, 20 kHz采样频率兼顾了信噪比和检测时间, 并利用FTIR巡检系统发现变电站泄漏点, 证明了方法的有效性。
傅里叶变换红外光谱 被动遥测 信噪比 六氟化硫 FTIR Passive remote sensing Signal-to-noise ratio SF6 光谱学与光谱分析
2021, 41(5): 1436
1 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院, 安徽 合肥 230601
2 国网安徽省电力有限公司, 安徽 合肥 230061
3 大连理工大学光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连116024
高浓度的CO2会对H2S的检测精度产生较大影响。本文提出了一种基于光纤放大增强型光声光谱的H2S与CO2检测技术方案,采用单个分布反馈式激光器串联高功率掺铒光纤放大器作为光声激励光源,实现了对H2S与CO2的同时高精度检测。分析了CO2在所选H2S吸收线处对H2S检测产生的干扰,同时利用检测到的CO2浓度对测量的H2S浓度进行修正。实验结果表明,修正后的H2S浓度偏差保持在-5%~5%以内。使用Allan方差分析对系统的检测极限进行了计算,当积分时间为1 s时,该系统对H2S和CO2的检测极限分别为656.3×10 -9和25.2×10 -6;当积分时间为100 s时,系统对H2S和CO2的检测极限分别为61×10 -9和2.6 ×10 -6。计算得到的对H2S检测的归一化噪声等效吸收系数为5.5×10 -9 cm -1·W·Hz -1/2。本系统具有检测精度高和稳定性好的优点。
光谱学 微量气体检测 光声光谱 掺铒光纤放大 近红外激光器 交叉干扰
基于波长调制光谱(WMS)信号二次谐波分量检测的光声光谱(PAS)气体检测技术在电力、 化工和医疗等行业得到了广泛应用。 虽然采用二次谐波分量检测技术可以有效减小光声信号中的相关噪声, 但检测信号中仍存在检测系统的非相关噪声, 影响了光声检测系统对痕量气体的检测能力以及测试结果的准确度。 为研究如何削弱光声光谱检测系统的非相关噪声对二次谐波信号的影响, 改进检测系统的最低检测限, 提高测量准确度, 搭建了一套以可调谐分布反馈式(DFB)半导体激光器为激励光源的一阶纵向共振光声光谱气体检测系统, 首次提出了使用快速傅里叶变换(FFT)对光声二次谐波信号进行滤波的新方法。 首先根据气体光声光谱检测系统的噪声频谱对锯齿波扫描信号频率进行了优化选择, 使检测系统背景噪声对光声检测信号的影响降至最小, 然后使用FFT对与扫描锯齿波同频率的光声二次谐波信号的基波分量进行提取, 虽然提取出的基波分量幅值小于光声信号二次谐波分量最大值, 但由于光声检测系统背景噪声减小的更多, 实现了改进光声检测系统最低检测限的目的。 通过对102, 75.1, 50, 30.3, 15.3, 7.7, 1, 0.79, 0.57, 0.35和0.17 μL·L-1的C2H2/N2混合气体测试结果进行分析和对比, 使用FFT对光声二次谐波信号进行滤波处理后, 测试结果读数非常稳定, 当信噪比为3时, 系统的最低检测限从0.43 μL·L-1降低为30.6 nL·L-1, 说明FFT滤波对于消除波长调制光谱信号二次谐波分量中的非相关噪声非常有效, 可以提高测量准确度和改进光声光谱检测系统最低检测限。 研究成果可为使用波长调制光谱信号二次谐波分量检测技术的应用提供一定参考。
光声光谱 快速傅里叶变换 二次谐波检测 最低检测限 气体检测 非相关噪声 Photoacoustic spectroscopy Fast Fourier transform Second harmonic detection Limit of detection Gas detection Non-correlation noise 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 2996
1 国家电网安徽省电力有限公司电力科学研究院, 安徽 合肥 230601
2 国家电网安徽省电力有限公司, 安徽 合肥 230061
3 大连理工大学光电工程与仪器科学学院, 辽宁 大连116024
4 大连海事大学信息科学技术学院, 辽宁 大连116026
为满足油浸式变压器在线监测的需求,根据非共振光声光谱和无孔膜油气分离理论,将直径为40 mm的聚全氟乙丙烯(FEP)高分子膜与体积仅为0.3 mL的光声气室结合,设计了集成光声气体传感器和油气分离膜的微型传感模块,该模块具有体积小、油气分离时间短及可实时在线检测的优点。油中溶解的故障特征气体扩散进入气室中,利用近红外激光光声光谱技术、波长调制和二次谐波检测技术对气室中的气体进行高灵敏度检测。对特征气体C2H2检测的实验结果表明,在油温为60 ℃时,油中溶解气体传感系统可在3 h内实现油气分离平衡,其中对于体积分数为10 -6的油中溶解C2H2气体的体积分数测量误差在±30%之内。
光谱学 光声光谱 微量气体检测 波长调制 高电压与绝缘 油气分离
