[發(fā)明專利]一種純光纖形式光學氣體測量氣室及檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在審

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• 申請日: 2022-08-09
• 公開（公告）號: CN115290598A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張施令;姚強;李龍;宮林;鄧保家;楊華夏;代靚君
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學研究院;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/03
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 盧昱莎

本發(fā)明提供了一種純光纖形式光學氣體測量氣室及檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，氣室結(jié)構(gòu)包括金屬結(jié)構(gòu)件、擴散部位結(jié)構(gòu)件和端部結(jié)構(gòu)件；金屬結(jié)構(gòu)件和端部結(jié)構(gòu)件分別套接在擴散部位結(jié)構(gòu)件兩端的外側(cè)；擴散部位結(jié)構(gòu)件上均勻設(shè)有若干結(jié)構(gòu)相同的擴散孔；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括檢測主機和檢測裝置；檢測主機內(nèi)設(shè)有至少一個激光器、至少一個探測器以及至少一個分束裝置；檢測裝置包括準直器、測量氣室，測量氣室兩端分別設(shè)置有準直器和反射鏡，檢測主機連接至所述準直器；檢測主機與檢測裝置之間使用采用光纖連接。本發(fā)明通過純光纖測量氣室，解決了光學氣體檢測時現(xiàn)場施工問題以及電磁干擾問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學氣體檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種純光纖形式光學氣體測量氣室及檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前利用TDLAS技術(shù)結(jié)合赫里奧特光程池長光程的的優(yōu)點實現(xiàn)高壓設(shè)備HF與微水的無損測量。具備良好的靈敏度、較寬的檢測范圍和高速的數(shù)據(jù)獲取功能，并同時具備交叉敏感度小、可靠性和穩(wěn)定性高、使用壽命長等特點。

當前是通過分析開關(guān)結(jié)構(gòu)，設(shè)置結(jié)構(gòu)為對射式法蘭盤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)激光光源與準直器的中心在同一條水平線上，經(jīng)過準直器的光線，投射到楔形鏡上，光線經(jīng)過楔形鏡穿透高壓開關(guān)內(nèi)的氣體上，經(jīng)過棱錐的反射，使光線平行反射回來，經(jīng)過離軸拋面鏡聚焦反射到探測器上，探測器將待測光信號變成電信號，然后信號被采集進入信號及顯示系統(tǒng)，進行處理、分析、存儲和顯示等操作。但由于高壓設(shè)備形式多變，并非所有設(shè)備都適宜在法蘭上開孔操作，且部分設(shè)備其中機械結(jié)構(gòu)件會阻擋光路，光路無法實現(xiàn)穿透被測氣體，這也造成了對穿方案難以在高壓設(shè)備批量布置，難以實現(xiàn)在線測量。

考慮法蘭盤式光程池測量過程需要氣體擴散，可能有所滯后，雖然有通過改造法蘭盤的形式實現(xiàn)測量光路結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)對高壓設(shè)備的在線測量，然而該種方式必須對高壓設(shè)備本體進行改造才可進行測量。將檢測主機直接設(shè)置于高壓設(shè)備，檢測主機中精密電子元器件及線路板上的弱信號容易受到高壓設(shè)備電磁干擾，長期使用存在一定的安全隱患。受限于成本以及高壓開關(guān)安裝位置的特殊性，現(xiàn)有檢測技術(shù)難以實現(xiàn)在線測量。

產(chǎn)品的小型化、分布式設(shè)置，簡化現(xiàn)場測量結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)無電信號傳輸，同時在多測量點測量多種氣體，為當前的發(fā)展趨勢。在氣室測量檢測領(lǐng)域，可調(diào)諧半導體激光光譜吸收技術(shù)逐漸成熟，逐漸替代傳統(tǒng)電化學，非分散紅外等測量方法成為主流檢測技術(shù)。目前基于可調(diào)諧半導體激光光譜技術(shù)的光學測量方法，其吸收原理基于比爾特定律，其檢測精度與光程成正比，光程越長檢測精度越高。當系統(tǒng)不需要較高檢測能力，或者被測氣體吸收較強時，不需要加長光程。激光可經(jīng)過氣體吸收后直接聚焦至光纖芯經(jīng)內(nèi)，通過光纖傳輸后，在設(shè)備主機端使用光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。當系統(tǒng)需要較高檢測能力，或者被測氣體吸收較弱時，需要加長光程。激光經(jīng)過長距離傳輸后光斑發(fā)散較大，難以聚焦至光纖芯經(jīng)內(nèi)，需要直接使用光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，但現(xiàn)有的方案存在的問題在于需要長光程的情況下，準直后的光線在傳播過程中會逐漸發(fā)散，需要在氣室內(nèi)設(shè)置探測器，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號傳出。而電信號易受電磁干擾，高壓設(shè)備內(nèi)部存在高電壓，不方便使用，而且不安全。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種純光纖形式光學氣體測量氣室及檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供了一種純光纖形式光學氣體測量氣室結(jié)構(gòu)，具體技術(shù)方案如下：

包括金屬結(jié)構(gòu)件、擴散部位結(jié)構(gòu)件和端部結(jié)構(gòu)件；

所述金屬結(jié)構(gòu)件和所述端部結(jié)構(gòu)件分別套接在所述擴散部位結(jié)構(gòu)件兩端的外側(cè)；

所述擴散部位結(jié)構(gòu)件上均勻設(shè)有若干結(jié)構(gòu)相同的擴散孔；

所述金屬結(jié)構(gòu)件和所述擴散部位結(jié)構(gòu)件套接處設(shè)有準直器，所述準直器靠近所述金屬結(jié)構(gòu)件的一側(cè)連接光纖，準直器及部分光纖設(shè)在結(jié)構(gòu)件內(nèi)部；

所述端部結(jié)構(gòu)件在于所述擴散部位結(jié)構(gòu)件套接處設(shè)有反射鏡，所述準直器將光線穿過待檢測氣體射到所述反射鏡上。

進一步的，所述金屬結(jié)構(gòu)件外側(cè)設(shè)有固定螺紋。