基于光纤声波传感的光声光谱微量气体分析仪
发布时间：2021-01-24 09:45
随着国民经济的持续高速发展,各行业对电力的需求量不断增加,电力系统正在向大容量、超高压和智能化的方向发展。对电气设备进行连续的在线监测,可以及时掌握变压器设备内部绝缘状况并发现设备运行中的事故隐患,尽早地防止变压器潜伏性故障的发展。光声光谱技术是一种高灵敏度、高分辨率的检测技术,近年来成为电力系统变压器在线监测的首选技术方案。针对在光声光谱检测系统中,传统的电容式微音器频率响应与光声池不匹配、易受电磁干扰等缺点,本文重点研究了基于光纤声波传感的光声光谱微量气体分析系统。在对光纤法布里-珀罗（Fabry-Perot,F-P）声波传感器的相关理论研究的基础上,针对共振式光声检测系统,制作了悬臂梁结构的光纤F-P声波传感器。实验结果表明,在1400Hz的声波频率下,该传感器的灵敏度达到256.7mV/Pa,最低声波检测极限为8.5μPa/Hz1/2。针对非共振式光声检测系统对高灵敏度低频声波传感器的需求,利用聚一氯对二甲苯（Parylene-C）薄膜致密性好和杨氏模量小的特点,研究制备了 Parylene-C膜光纤F-P低频声波传感器,在30Hz的声波频率下,该传感器的...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３全石英膜片式光纤Ｆ－Ｐ压力传感器的结构??Ｆｉ．?１．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａｌｌ－ｓｉｌｉｃａ?ｄｉａｈｒａｍ－ｂａｓｅｄ?Ｆ－Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｓｅｎｓｏｒ??
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利用光纤放大器使光能量达到６００ｍＷ，对二氧化碳气体的检测极限灵敏度提高到了??０．２３ｐｐｍ。为提高系统抗外界振动干扰能力，２００９年Ｆｏｎｓｅｎ［Ｕ６］采用双悬臂梁声波探测方??法，如图１．６所示。该系统采用双悬臂梁增强的方法，使用小功率电调制红外光源对ＣＨ４??气体进行了测量，检测灵敏度高达〇．５ｐｐｍ。２０１３年，Ｈｉｒｓｃｈｍａｎｎ等人将量子级联激光??器与悬臂梁微音器结合对ＣＨ２０气体进行检测，检测灵敏度为０．６ｐｐｂ［１１＇２０１５年，Ｐｅｌｔｏｌａ??等人采用１０．５Ｗ的５３２ｎｍ激光器作为激励光源，利用悬臂梁结构光纤声波传感器对Ｎ〇２??气体进行测量，检测灵敏度高达５０ｐｐｔ［ｕｓ］。２０１８年，Ｔｏｍｂｅｒｇ等人结合高功率光参量振??荡器（ＯＰＯ）对ＨＦ气体实现了亚ｐｐｔ量级的检测［１１９］。总体来说，ＣＥＰＡＳ系统中光学悬臂??梁声波传感器具有较高的灵敏度，但因为其采用迈克逊干涉仪结构，使其存在体积较大、??系统复杂和不便于与光声池匹配等缺点。????３－ｄＢ?３ｈＩＢ?／７７－＼?ｏｐｔｉｃａｌ??－＞???、ｃｏｕｐｌｅｒ?ｃｏｕｐｌｅｒ?＾?Ｊ?ｆｉｂｅｒ??ｒ￣：一＞?／?＞?ｓｅｎｓｏｒ??￣＾￣?／ｈｅａｄ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光声光谱的变压器油中溶解气体监测系统[J]. 李洋流,赵学增. 传感器与微系统. 2011(06)
[2]Parylene涂覆材料及其应用[J]. 韩建栋,徐爱东. 半导体技术. 2011(06)
[3]非故障变压器油中出现乙炔原因分析[J]. 应高亮,徐康健. 电工技术. 2011(04)
[4]采用激光共振光声光谱技术检测乙炔气体[J]. 云玉新,赵笑笑,陈伟根,李立生,赵富强. 高电压技术. 2009(09)
[5]变压器油中甲烷气体的光声光谱检测方法[J]. 云玉新,陈伟根,孙才新,潘翀. 中国电机工程学报. 2008(34)
[6]光声光谱变压器油中溶解气体在线监测系统在小浪底水电厂的应用[J]. 李宪栋,肖明,刘定友,唐新文,徐力明. 变压器. 2008(03)
[7]TransFix变压器油在线监测系统在小浪底水电厂的应用[J]. 唐新文,李宪栋. 水电自动化与大坝监测. 2007(06)
[8]光声光谱气体探测器的新发展[J]. 陈乐君,刘玉玲,余飞鸿. 光学仪器. 2006(05)
[9]变压器油中溶解气体在线监测技术发展与展望[J]. 许坤,周建华,茹秋实,周茁. 高电压技术. 2005(08)
[10]2004年国家电网安全运行情况分析[J]. 胡超凡,陈刚,赵玉柱. 中国电力. 2005(05)
博士论文
[1]光声光谱微量气体检测技术及其应用研究[D]. 张望.大连理工大学 2010
[2]光纤法布里—珀罗声波传感器及其应用研究[D]. 王巧云.大连理工大学 2010
[3]基于共振光声光谱的变压器油中溶解气体在线监测原理及方法[D]. 云玉新.重庆大学 2008
硕士论文
[1]基于光声光谱技术的多组分气体检测系统研究[D]. 李洪艳.燕山大学 2010
[2]基于光声光谱技术的甲烷气体检测系统的研究[D]. 王敏.吉林大学 2006
本文编号：2997031
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．３全石英膜片式光纤Ｆ－Ｐ压力传感器的结构??Ｆｉ．?１．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａｌｌ－ｓｉｌｉｃａ?ｄｉａｈｒａｍ－ｂａｓｅｄ?Ｆ－Ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｓｅｎｓｏｒ??
Ｚ?篇ｚ－－?ｓｕｂｓｔｒａｔｅ??图１．５石墨烯膜光纤Ｆ－Ｐ压力传感器的结构ｔ１Ｇ５ｌ??Ｆｉｇ．?１．５?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ－ｄｉａｐｈｒａｇｍ－ｂａｓｅｄ?ｆｉｂｅｒ－ｏｐｔｉｃ?Ｆ－Ｐ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｓｅｎｓｏｒ??１．４．２基于光纤声波传感的光声光谱气体检测技术研究进展??根据光声光谱学的原理，光声测量的灵敏度正比于声波探测器的灵敏度，因此高性??能的声波探测是科研工作者不断追求的目标。由于传统光声系统采用的通用电容式微音??器［１１１］的几何尺寸和频率响应与部分光声池不匹配，灵敏度较低，抗电磁干扰能力差，因??此研制新的光声探测方法代替传统的电容式微音器成为光声光谱检测技术的一个重要??方向。??ＤＥＴＥＣＴＯＲＳ?ＢＥＡＭ?ＳＰＬＩＴＴＥＲ??ＬＡＳＥＲ?＿??ｍｉｌｓ?丰參十＂——ｎ?ＭＩＲＲＯＲ??ｏｐｔＪＩ?ｒ？￣［：杉??ｓｏｕｒｃｅ?ＱＩ?．?ｙ．／ｘｈ．?ｙ；：?＼ｋＦ７￣ｚ＾：，：??Ｗｍｍ＼?）＾ＣＡＮＴ；ＬＥＶＥＲＳ〇：?ＰＡ?ＣＥＬＬ??／〇?ｆ?．．．．．．．．■■?：?ｍ?－?■?．．．．．．二＾＂??ＭＯＤＵＬＡＴＥＤ?ｖ?＇＇?Ａ?ｙ??ＩＲＢＥＡＭ?１?ＶＭ?Ｑ?１?Ｑ?ＶＭ?ｉ??Ｈ?丨＂?Ｌ??琴轉灣?．《丨，：：．：：！：．．?！．?．．．．．．．．．?ＭＩＲＲＯＲ??ＬＡＳＥＲ??ＤＥＴＥＣＴＯＲＳ?ＢＥＡＭ?ＳＰＬＩＴＴＥＲ??图１．６双悬臂梁增强光声光谱系统ｔ１１６］??Ｆｉｇ．?１．６?Ｄｕａｌ－ｃａｎｔｉｌ
利用光纤放大器使光能量达到６００ｍＷ，对二氧化碳气体的检测极限灵敏度提高到了??０．２３ｐｐｍ。为提高系统抗外界振动干扰能力，２００９年Ｆｏｎｓｅｎ［Ｕ６］采用双悬臂梁声波探测方??法，如图１．６所示。该系统采用双悬臂梁增强的方法，使用小功率电调制红外光源对ＣＨ４??气体进行了测量，检测灵敏度高达〇．５ｐｐｍ。２０１３年，Ｈｉｒｓｃｈｍａｎｎ等人将量子级联激光??器与悬臂梁微音器结合对ＣＨ２０气体进行检测，检测灵敏度为０．６ｐｐｂ［１１＇２０１５年，Ｐｅｌｔｏｌａ??等人采用１０．５Ｗ的５３２ｎｍ激光器作为激励光源，利用悬臂梁结构光纤声波传感器对Ｎ〇２??气体进行测量，检测灵敏度高达５０ｐｐｔ［ｕｓ］。２０１８年，Ｔｏｍｂｅｒｇ等人结合高功率光参量振??荡器（ＯＰＯ）对ＨＦ气体实现了亚ｐｐｔ量级的检测［１１９］。总体来说，ＣＥＰＡＳ系统中光学悬臂??梁声波传感器具有较高的灵敏度，但因为其采用迈克逊干涉仪结构，使其存在体积较大、??系统复杂和不便于与光声池匹配等缺点。????３－ｄＢ?３ｈＩＢ?／７７－＼?ｏｐｔｉｃａｌ??－＞???、ｃｏｕｐｌｅｒ?ｃｏｕｐｌｅｒ?＾?Ｊ?ｆｉｂｅｒ??ｒ￣：一＞?／?＞?ｓｅｎｓｏｒ??￣＾￣?／ｈｅａｄ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于光声光谱的变压器油中溶解气体监测系统[J]. 李洋流,赵学增. 传感器与微系统. 2011(06)
[2]Parylene涂覆材料及其应用[J]. 韩建栋,徐爱东. 半导体技术. 2011(06)
[3]非故障变压器油中出现乙炔原因分析[J]. 应高亮,徐康健. 电工技术. 2011(04)
[4]采用激光共振光声光谱技术检测乙炔气体[J]. 云玉新,赵笑笑,陈伟根,李立生,赵富强. 高电压技术. 2009(09)
[5]变压器油中甲烷气体的光声光谱检测方法[J]. 云玉新,陈伟根,孙才新,潘翀. 中国电机工程学报. 2008(34)
[6]光声光谱变压器油中溶解气体在线监测系统在小浪底水电厂的应用[J]. 李宪栋,肖明,刘定友,唐新文,徐力明. 变压器. 2008(03)
[7]TransFix变压器油在线监测系统在小浪底水电厂的应用[J]. 唐新文,李宪栋. 水电自动化与大坝监测. 2007(06)
[8]光声光谱气体探测器的新发展[J]. 陈乐君,刘玉玲,余飞鸿. 光学仪器. 2006(05)
[9]变压器油中溶解气体在线监测技术发展与展望[J]. 许坤,周建华,茹秋实,周茁. 高电压技术. 2005(08)
[10]2004年国家电网安全运行情况分析[J]. 胡超凡,陈刚,赵玉柱. 中国电力. 2005(05)
博士论文
[1]光声光谱微量气体检测技术及其应用研究[D]. 张望.大连理工大学 2010
[2]光纤法布里—珀罗声波传感器及其应用研究[D]. 王巧云.大连理工大学 2010
[3]基于共振光声光谱的变压器油中溶解气体在线监测原理及方法[D]. 云玉新.重庆大学 2008
硕士论文
[1]基于光声光谱技术的多组分气体检测系统研究[D]. 李洪艳.燕山大学 2010
[2]基于光声光谱技术的甲烷气体检测系统的研究[D]. 王敏.吉林大学 2006
本文编号：2997031
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