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。

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。

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。

以输出波长为1578 nm的分布式反馈半导体激光器作为激发光源,结合波长调制及二次谐波技术对H2S痕量气体进行基于石英增强光声光谱技术(QEPAS)的检测研究。采用有限元分析法对QEPAS中常用的石英音叉进行仿真计算,得到石英音叉的前6阶模态振型与共振频率。实验中,添加了长为4 mm、内径为0.7 mm的声波微共振腔,优化了跨阻放大电路,在最优实验条件下对H2S气体进行检测,检测结果表明,QEPAS系统的二次谐波信号与H2S浓度具有良好的线性关系,获得的探测极限为19.3×10 -6。

H2S是SF6气体绝缘设备中放电故障诊断的特征组分之一; 针对H₂S在红外波段吸收系数小, 传统光学检测方法对H2S检测灵敏度较低的问题, 结合大功率光纤激光放大技术、共振式激光光声光谱技术、波长调制光谱技术和二次谐波检测技术, 提出了一种基于光纤放大激光光声光谱的SF6分解组分H2S气体的超高灵敏度检测方法; 采用近红外可调谐窄线宽分布反馈激光二极管级联高饱和输出功率掺饵光纤放大器作为光声激发光源, 搭建具有超高灵敏度的激光光声光谱微量H2S气体检测系统。结果表明：当测量时间为100 s时, 该系统对SF6背景中H2S气体的检测极限达到1.5×10-8。

结合光纤声波传感技术、纵向共振式光声探测技术、波长调制技术和二次谐波检测技术, 提出了一种基于光纤法布里-珀罗干涉传感器的悬臂梁增强型光声信号检测方法。针对光纤耦合近红外激发光的特点, 对共振式光声池进行了优化设计, 搭建了一套超高灵敏度的激光光声光谱微量乙炔气体检测系统。实验结果表明, 当测量时间为60 s时, 该系统对乙炔气体的检测极限达到8×10-10。

为了实现对室内微量有毒气体实时监测, 提高基于特征光谱检测方法的测量精度, 提出了特征波长过滤窗的方法。 将高浓度的待测气体作过滤窗, 标准空气作参考窗, 气室充待测浓度的待测气体, 采用组合测量得到的多组光谱进行差分、 相关等数据处理求解气室中待测气体的浓度。 实验显示, 采用WQF-520-FTIR型红外光谱仪得到癸二酸二丙脂红外吸收谱线主要有四条： 3 385.26, 3 417.64, 5 797.11和8 561.65 nm, 分别对应的吸光度为1.520 0, 1.542 1, 2.431 8和1.352 6。 对应的可检测的最小含量为50×10-9, 而采用特征波长过滤窗的方法波长位置可实现10-4 nm量级的对准, 在确定待测气体含量量级的条件下, 可检测的最小含量为5×10-9, 灵敏度提高约10倍。 该方法具有高灵敏度、 无中毒、 可实时检测等优点。

光腔衰荡光谱(CRDS)技术是近几年迅速发展起来的一种吸收光谱检测技术.在介绍光腔衰荡光谱检测原理的基础上,详细推导了CRDS技术用于反射率测量和痕量气体浓度检测的理论公式.分析了CRDS技术由于实际吸收光程长,检测精度不受光源强度及其变化的影响,因此具有检出限低,测量精度高,可靠性好等特性.综述了CRDS技术在微量污染气体监测中的应用及其发展趋势.最后提出了应用光腔表荡光谱检测污染气体中不同有害成分浓度的一种新思路.

用计算机对基于CO/CO2激光器的光声光谱仪进行自动控制和数据处理，使得该光谱仪长时间连续自动测量及对多种气体成分同时测量成为可能，并进一步提高了光谱仪的检测灵敏度和长期运行的可靠性。系统性能检测实验结果表明，对乙烯气体浓度的检测极限可达到14×10-12；系统长期测量精度优于2%。利用该系统对苹果和樱桃西红柿果实在有氧、无氧和无氧后乙烯释放量的变化进行了长时间的连续监测。