光声光谱检测变压器油中气体的共振光声池研究 被引量：5

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作者 刘冰洁 唐远 陈伟根 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期42-47,共6页

气体光声光谱技术是一种新型的微量气体检测技术,能很好地应用于变压器油中溶解气体检测。光声池是光声光谱监测系统中的核心部分,是表征系统灵敏度的重要因素。笔者模拟分析了气体光声信号分布及谐振腔几何尺寸与表征光声池性能的特性... 气体光声光谱技术是一种新型的微量气体检测技术,能很好地应用于变压器油中溶解气体检测。光声池是光声光谱监测系统中的核心部分,是表征系统灵敏度的重要因素。笔者模拟分析了气体光声信号分布及谐振腔几何尺寸与表征光声池性能的特性参数的量化关系,设计制作了两个不同几何结构参数的共振光声池,实验研究了光声池响应特性,实验结果比较得出谐振腔长120 mm、半径3 mm的不锈钢光声池表现出比较优越的气体响应性能,并对变压器油中溶解的主要特征气体C2H2进行了光声探测。理论与实验结果为气体光声光谱在线监测系统的完善及高灵敏度光声池的优化设计提供了技术支持与理论参考。 展开更多

关键词 共振光声池 光声光谱(PAS) 响应特性 气体检测

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一种纵向共振光声池谐振频率测量方法 被引量：3

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作者 杨志远 卢荣军 王生春 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期387-391,共5页

为了快速准确测量共振光声池的谐振频率,采用基于共振声谱的光声池谐振频率测量法,搭建了光声光谱检测系统和共振声谱检测系统。对影响测量准确性的因素进行了实验分析。在不同气体体积分数的情况下,分别采用共振声谱法和光声信号强度... 为了快速准确测量共振光声池的谐振频率,采用基于共振声谱的光声池谐振频率测量法,搭建了光声光谱检测系统和共振声谱检测系统。对影响测量准确性的因素进行了实验分析。在不同气体体积分数的情况下,分别采用共振声谱法和光声信号强度标定法测量光声池的谐振频率。结果表明,共振声谱法测量的光声池共振频率与声信号激励电压、声源传播距离及角度无关;在5种不同体积分数的乙炔气体条件下,所测得的光声池谐振频率与通过光声信号强度法的结果最大偏差为1.1Hz,可认为两种方法测量结果具有一致性。该方法简单快速、可靠和准确,可用于确定光声池谐振频率。 展开更多

关键词 测量与计量 光谱测量 共振声谱 光声光谱 共振光声池 最佳调制频率

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椭球形共振光声池设计及性能评估 被引量：3

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作者 张楚 潘浩 +1 位作者 尹翔宇 王巧云 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期641-647,共7页

提出一种新型椭球形共振光声池,利用有限元分析软件建立其声学特征模型,对光声池的共振频率、谐振腔内的声压分布进行仿真。根据乙炔(C_(2)H_(2))气体在近红外区吸收谱线的分布,选取1532.83 nm作为C_(2)H_(2)的测量谱线,采用可调谐分布... 提出一种新型椭球形共振光声池,利用有限元分析软件建立其声学特征模型,对光声池的共振频率、谐振腔内的声压分布进行仿真。根据乙炔(C_(2)H_(2))气体在近红外区吸收谱线的分布,选取1532.83 nm作为C_(2)H_(2)的测量谱线,采用可调谐分布式反馈(DFB)半导体激光器作为光源。利用法布里-珀罗(F-P)光纤声波传感器对声压信号进行采集,开展对椭球形光声池性能指标的测试。实验结果表明:椭球形光声池信噪比为34,检测极限灵敏度达到1.47×10^(-9),品质因数为45.5。由此得出,该结构提高了系统的灵敏度,使光声池的性能有了明显提升,有助于提高光声光谱法痕量气体的检测灵敏度。 展开更多

关键词 光谱学 椭球形共振光声池 光声光谱 乙炔 灵敏度

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面向气体绝缘设备故障检测的高灵敏SO_(2)光声气体传感器

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作者 周阳 李尚志 +5 位作者 袁宇鹏 董磊 崔茹悦 薛积禹 申晓雯 武红鹏 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期384-390,共7页

针对气体绝缘开关设备(GIS)中二氧化硫(SO_(2))浓度高灵敏度检测的需求,设计并构建了一种基于LD泵浦全固态调Q激光器的紫外光声气体传感器。该传感器以中心波长为266 nm、发射功率高达36.93 mW的紫外激光器为光声信号激励光源,采用体积... 针对气体绝缘开关设备(GIS)中二氧化硫(SO_(2))浓度高灵敏度检测的需求,设计并构建了一种基于LD泵浦全固态调Q激光器的紫外光声气体传感器。该传感器以中心波长为266 nm、发射功率高达36.93 mW的紫外激光器为光声信号激励光源,采用体积仅0.39 mL的非共振光声池对微弱光声信号进行放大增强,最终通过检测光声信号实现对SO_(2)浓度的在线反演。通过优化调制频率等关键参数,传感器在室温和常压条件的SO_(2)探测灵敏度可达到286.9 ppb(在1 s积分时间内实现),且实验结果表明,当延长积分时间至100 s时,最低检测限低至9.1 ppb。该光声探测传感器具有高灵敏度、良好选择性和长期稳定性,能够为GIS设备潜在故障的早期诊断提供高效、可靠的技术支持。 展开更多

关键词 二氧化硫 痕量气体检测 光声光谱 非共振光声池 紫外激光器

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共振光声光谱系统中椭球形光声池的理论分析 被引量：7

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作者 王巧云 尹翔宇 +1 位作者 杨磊 邢凌宇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1351-1355,共5页

实时在线气体检测在石油化工、现代工业、环境、医学诊断、智能电网中变压器在线监测等领域具有非常重要的意义。光声光谱气体检测技术是一种基于光声效应的气体检测技术,由于其具有检测灵敏度高、选择性强、分辨率高、检测范围宽、可... 实时在线气体检测在石油化工、现代工业、环境、医学诊断、智能电网中变压器在线监测等领域具有非常重要的意义。光声光谱气体检测技术是一种基于光声效应的气体检测技术,由于其具有检测灵敏度高、选择性强、分辨率高、检测范围宽、可实时在线监测等优点,已被广泛用于痕量气体检测。在光声光谱系统中,光声池是最重要的组成部分,其性能的好坏对于系统检测灵敏度和分辨率有着直接的影响。近些年来,光声光谱气体检测系统主要采用标准圆柱形共振光声池,系统的检测灵敏度和分辨率主要由微音器决定。为了进一步提高光声光谱法对于痕量气体检测的灵敏度和分辨率,对光声池进行深入研究分析,提出一种高灵敏度的椭球形共振光声池。结合气体热动力学和声学理论,利用COMSOL软件中的热声学模块分别对椭球形光声池和传统的圆柱形光声池进行了有限元方法分析,建立了其声学特征模型,并且对光声池的共振频率,光声池谐振腔内的声压分布情况以及声压级大小等声学特性进行了仿真研究。模拟了椭球形光声池的共振频率和声压信号大小与光声池谐振腔长度和中心半径之间的关系,从而优化了光声池的尺寸结构,选取了长度为100 mm,中心半径为5 mm的椭球形光声池最优结构,与相同外部尺寸下的传统圆柱形光声池进行了对比分析。结果表明,椭球形光声池的共振频率为1340 Hz,处于共振状态时产生的声压信号达到了5.01×10^-5 Pa,声压级为11 dB,品质因数为70;圆柱形光声池共振频率为1650 Hz,共振状态下产生的声压信号大小为5.7×10^-6Pa,声压级为-13.9 dB,品质因数为66。对比可知,椭球形光声池的共振频率明显小于圆柱形光声池,且最大声压信号是同尺寸圆柱形共振光声池的8.78倍,声压级提高了24.9 dB。由此可知,设计的椭球形共振光声池体积小,声压信号大,检测灵敏度高,光声池的性能有了明显提升,对于光声光谱法用于微痕量气体检测的灵敏度提高有着重要意义。 展开更多

关键词 光声光谱 椭球形 共振光声池

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采用激光共振光声光谱技术检测乙炔气体 被引量：15

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作者 云玉新 赵笑笑 +2 位作者 陈伟根 李立生 赵富强 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期2156-2162,共7页

乙炔常伴随变压器内放电性故障的出现而产生,为了检测乙炔气体,通过研究乙炔在近红外波段的红外吸收特性及深入分析光声池的设计,构建了用以检测乙炔的光声光谱气体检测装置。利用该装置,对分布反馈半导体激光器的辐射特性进行了实验分... 乙炔常伴随变压器内放电性故障的出现而产生,为了检测乙炔气体,通过研究乙炔在近红外波段的红外吸收特性及深入分析光声池的设计,构建了用以检测乙炔的光声光谱气体检测装置。利用该装置,对分布反馈半导体激光器的辐射特性进行了实验分析,结果表明,激光器的辐射波长随工作温度或注入电流的升高以近似线性升高,且在工作温度下的变化梯度大于注入电流下的变化梯度;利用分布反馈半导体激光器的窄线宽和可调谐特性,测得乙炔分子在近红外区第一泛音带的R(4)、R(5)支光声光谱;对光声信号受气体体积分数、激光功率影响的实验分析表明,在低气体体积分数、低激光功率条件下,光声信号与气体体积分数、激光功率间具有良好的线性依赖关系,该装置对乙炔的最低体积分数检测限约为1.4×10-6。 展开更多

关键词 共振光声光谱 气体检测 油中溶解气体 乙炔 分布反馈半导体激光器 纵向共振光声池

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变压器油中甲烷气体的光声光谱检测方法 被引量：16

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作者 云玉新 陈伟根 +1 位作者 孙才新 潘翀 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第34期40-46,共7页

甲烷(CH4)是变压器油中溶解的一种可用于变压器早期故障诊断的特征气体。光声光谱技术是基于光声效应的一种新型微量气体检测技术,具有灵敏度高,选择性好,动态检测范围大等优点。该文基于光声光谱技术的基本原理,利用分布反馈半导体激... 甲烷(CH4)是变压器油中溶解的一种可用于变压器早期故障诊断的特征气体。光声光谱技术是基于光声效应的一种新型微量气体检测技术,具有灵敏度高,选择性好,动态检测范围大等优点。该文基于光声光谱技术的基本原理,利用分布反馈半导体激光器构建一种便携式、可调谐的光声光谱装置,借助该装置研究光声信号与激光功率、CH4浓度之间的关系,及CH4的2v3带R(3)支的高分辨光声光谱;该装置对CH4的检测灵敏度达到5.05μL/L。理论与实验结果为CH4的光声光谱在线监测及高灵敏度可调谐光声光谱仪的设计提供了参考。 展开更多

关键词 DFB半导体激光器 光声光谱 纵向共振光声池 气体检测 甲烷

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SF_6局部放电分解产生SOF_2特征组分的光声光谱检测 被引量：11

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作者 裘吟君 唐炬 +2 位作者 范敏 刘岩 袁静帆 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期1163-1169,共7页

为了预防SF6气体绝缘设备早期绝缘缺陷,可通过检测SF6局部放电过程中产生的特征组分氟化亚硫酰(SOF2)体积分数大小和变化规律进行判断。针对SOF2传统检测法存在的不足,引入具有检测灵敏度高、不消耗被测气体、特别适用于在线监测等优点... 为了预防SF6气体绝缘设备早期绝缘缺陷,可通过检测SF6局部放电过程中产生的特征组分氟化亚硫酰(SOF2)体积分数大小和变化规律进行判断。针对SOF2传统检测法存在的不足,引入具有检测灵敏度高、不消耗被测气体、特别适用于在线监测等优点的光声光谱检测技术。利用宽频红外光源构建了一台用于检测SOF2的光声检测实验装置。并分析了其特性参数,获得了光声信号强度与SOF2体积分数之间的关系,得到了SOF2的最低检测限为4.6×10-6。与气象色谱仪的对比检测表明:光声检测法与气相色谱法的平均检测误差为5.9%。结果说明,所提光声检测装置能有效检测SOF2,并为最终研制SOF2光声光谱在线监测系统提供关键技术支撑。 展开更多

关键词 氟化亚硫酰 光声光谱 在线监测 宽频红外光源 纵向共振光声池 最低检测限

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提高液体中脉冲激光致声转换效率的理论研究 被引量：2

9

作者 李秋实 王泽锋 胡永明 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2009年第10期1055-1059,共5页

从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指... 从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指出在对光致声波可重复性和可控制性没有特殊要求的情况下,可采用高功率光纤激光器,通过汽化机制或介电击穿机制激发声波,提高转换效率。 展开更多

关键词 激光致声 光声转换效率 热膨胀机制 Helmholtz共振光声池 汽化机制 介电击穿机制

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基于有源气室结构的光声光谱技术 被引量：6

10

作者 李志军 陈伟根 +3 位作者 邓硕 曹玲燕 万福 张建学 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1605-1611,共7页

针对基于光声光谱技术的变压器油中溶解气体在线监测系统存在光声池体积庞大、光源校准工艺复杂、斩波器调制技术影响稳定性等问题,提出了一种基于有源气室结构的光声光谱技术,构建了有源气室结构的光声光谱检测实验装置,对有源气室光... 针对基于光声光谱技术的变压器油中溶解气体在线监测系统存在光声池体积庞大、光源校准工艺复杂、斩波器调制技术影响稳定性等问题,提出了一种基于有源气室结构的光声光谱技术,构建了有源气室结构的光声光谱检测实验装置,对有源气室光声池、共振管、麦克风、光电探测器进行了一体化设计,并利用实验装置对不同体积分数的C2H2、CH4、CO气体进行了测量。实验和现场运行的结果表明：3种气体的光声信号与待测气体体积分数间线性拟合度可达0.998 9、0.999 9、0.998 4,气体体积分数检测下限可达到0.5×10-6,平均测量偏差〈2%;采用基于有源气室结构的光声光谱技术,免去了光准直镜的影响,简化了光源校准工艺,提高了光源强度;同时,结合波长数字调制方式,避免了机械斩波器的使用,实现了光声检测系统的小型化,提高了测量精度和运行稳定性。理论和实验结果为光声光谱在线监测系统的工程应用提供了技术支持与方法参考。 展开更多

关键词 变压器 溶解气体分析 有源气室结构 分布反馈式激光器 光声光谱 纵向共振光声池

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基于可调谐光纤激光器的C_2H_2气体光声光谱检测 被引量：16

11

作者 彭勇 于清旭 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第8期2030-2033,共4页

研制了基于可调谐掺Er光纤激光器的共振式光声光谱乙炔气体检测系统,结合波长调制和锁相放大器的二次谐波信号检测技术,有效地消除了光声池窗片和池壁吸收入射光而引起的背景噪声,通过对该系统的光学、声学和电子检测系统的优化,实现了... 研制了基于可调谐掺Er光纤激光器的共振式光声光谱乙炔气体检测系统,结合波长调制和锁相放大器的二次谐波信号检测技术,有效地消除了光声池窗片和池壁吸收入射光而引起的背景噪声,通过对该系统的光学、声学和电子检测系统的优化,实现了低浓度乙炔气体的流动式检测。实验结果证明,当气体浓度较低时,二次谐波振幅与气体浓度成正比,其线性响应相关度达到0.99953。在常温常压和3.5mW平均光功率以及100ms锁相积分时间条件下,乙炔气体的极限检测灵敏度达到了0.3ppm(1ppm=1μg·mL-1)(SNR=1时),系统用可调谐掺Er光纤激光器代替半导体激光器作光源,降低了成本,为发展低成本、实用、便携式微量气体光谱检测仪器奠定了基础。若采用多光程光声池,或者采用EDFA提高激光功率,可大幅度提高信噪比,将极限检测灵敏度提高至ppb(1ppb=1ng·mL-1)量级。 展开更多

关键词 波长调制光声光谱 共振式光声池 可调谐掺Er光纤激光器 二次谐波检测 乙炔

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基于紫外光声光谱的SF_(6)特征分解组分SO_(2)的高灵敏度检测技术 被引量：3

12

作者 马凤翔 赵跃 +4 位作者 赵新瑜 王楠 朱太云 杭忱 陈珂 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期198-206,共9页

搭建了一套气室容积仅为0.79 mL的非共振式光声光谱检测装置,在0至100 ppm浓度范围内,激发的光声信号幅度与SO_(2)/SF_(6)混合气体浓度之间有良好的线性关系,响应度为5.59μV/ppm。系统的归一化噪声等效吸收系数为7.2×10^(-8)cm^(-... 搭建了一套气室容积仅为0.79 mL的非共振式光声光谱检测装置,在0至100 ppm浓度范围内,激发的光声信号幅度与SO_(2)/SF_(6)混合气体浓度之间有良好的线性关系,响应度为5.59μV/ppm。系统的归一化噪声等效吸收系数为7.2×10^(-8)cm^(-1)W·Hz^(-1/2)。Allan-Werle方差分析结果表明,当平均时间为100 s时,系统对SO_(2)的检测极限达到0.1 ppm。本文提出的高灵敏度SO_(2)气体原位检测技术为判断SF_(6)气体绝缘设备的故障程度提供了有效的解决方案。 展开更多

关键词 气体绝缘设备 SF_(6)特征分解组分 微量气体检测 光声光谱 非共振式光声池

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基于长光程近红外光声光谱的微量气体探测研究 被引量：2

13

作者 赵赫 郑安平 +1 位作者 李银华 齐汝宾 《轻工学报》 CAS 2019年第6期89-95,共7页

针对采用高功率激光光源或外加功率放大设备以提高光声光谱探测灵敏度时存在系统成本较高和复杂度较大的缺点,基于普通一阶共振式光声池,引入Herriott型多次反射池技术,设计了一种基于长光程近红外光声光谱的微量气体探测系统.该系统通... 针对采用高功率激光光源或外加功率放大设备以提高光声光谱探测灵敏度时存在系统成本较高和复杂度较大的缺点,基于普通一阶共振式光声池,引入Herriott型多次反射池技术,设计了一种基于长光程近红外光声光谱的微量气体探测系统.该系统通过Herriott结构使光束穿过光声池的光程增加,提高待测气体的吸收光强,并利用光声信号在光声池内共振增强的特性,实现在不增加光源功率的情况下有效增加光声转换功率,提高系统探测灵敏度.以NH 3为例进行的验证实验结果表明,在平均时间为100 s时,对NH 3的最低检测限达2.69×10^-7,1σ归一化等效噪声吸收系数为9.87×10^-11 W·cm^-1·Hz^-1/2,该系统结构简单,成本低廉,可以广泛应用于微量气体探测领域. 展开更多

关键词 光声光谱 共振式光声池 长光程 近红外

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