光声光谱技术进行气体检测研究综述_逯美红

光声光谱技术应用于痕量气体浓度测量的研究进展郑洪全;戴景民【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】光声光谱技术作为实现痕量气体浓度高效率、高精度测量的重要气体传感技术,因其响应速度快、灵敏度高、选择性好等优点被广泛应用到大气环境检测、电力系统故障诊断、医疗健康诊断等领域当中。

首先介绍了光声光谱技术痕量气体浓度测量的基本原理,对应用光声效应实现痕量气体浓度测量的机理进行了简要的描述,同时,介绍了基于光声光谱技术的典型痕量气体浓度测量装置的结构。

其次,从光声信号强度的理论分析出发,引出国内外学者在光声光谱痕量气体浓度测量领域的研究热点,为了实现基于光声光谱技术的痕量气体浓度测量装置更强的抗干扰能力、更紧凑的结构、更低的检测下限、更高的检测灵敏度,国内外学者的研究重点可以总结为以下三点:(1)辐射光源的选取和设计,以实现更佳辐射光源的输出波长、更宽的调谐范围、更高的辐射光源输出功率。

(2)更优秀的光声池设计,以实现更高效的声能量积聚、更紧凑的结构和更强的抗干扰能力。

(3)声敏探测器的设计,以实现更高的声音灵敏度、更高的信噪比。

详细介绍了基于光声光谱痕量气体浓度测量装置的三个核心元件:辐射光源,主要介绍了相干光源和非相干光源的应用研究进展;光声池,主要介绍了光声池的设计原则以及非共振式和共振式光声池的应用研究进展;微音器,主要介绍了电容式微音器、压电式微音器的应用研究进展,并对近期研究热点石英增强光声光谱技术进行简要的介绍。

在介绍目前辐射光源、光声池、微音器应用研究进展的同时,分析了各元件的优势和需要解决的问题。

最后,总结了光声光谱技术应用于痕量气体浓度测量领域装置存在的信噪比不高、结构复杂、检测灵敏度和检测下限易受混合气体之间的交叉干扰等问题,并且对未来测量装置中的三个核心元件:辐射光源、光声池、微音器的发展趋势进行了展望。

【总页数】14页(P1-14)【作者】郑洪全;戴景民【作者单位】哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院【正文语种】中文【中图分类】O433.5【相关文献】1.基于共振型高灵敏度光声光谱技术探测痕量乙炔气体浓度2.光腔衰荡光谱技术应用于痕量气体检测的研究进展3.江苏舒茨测控设备有限公司光声光谱痕量气体浓度分析仪4.基于光腔环路衰荡光谱技术气体浓度测量的研究5.基于光致热弹光谱的痕量气体传感技术研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于光声光谱技术的多组分气体检测方法研究的开题报告一、研究背景和目的现代工业和生活中，许多化学气体在生产和排放过程中会对环境和人类健康造成危害。

因此，开发和应用高灵敏、高精度的气体检测技术对于实现环境保护和安全生产至关重要。

传统的气体检测方法如气相色谱法、红外光谱法等常常受到复杂气体组分、精度和成本等方面的限制。

而光声光谱技术具有高显色性、灵敏度高、实时响应等特点，被广泛应用于气体检测领域，并取得了很好的研究成果。

本文旨在研究基于光声光谱技术的多组分气体检测方法，通过对气体分子的振动吸收能谱进行识别和定量分析，实现对不同气体组分的准确检测和识别。

同时，通过优化和改进光声信号检测和数据处理方法，提高检测灵敏度和精度，并实现对复杂气体体系中单一成分及各种混合气体的检测。

二、研究内容和方法1. 气体分子振动吸收谱分析运用光声光谱技术对气体分子的振动吸收能谱进行分析，探究不同气体分子的吸收特点和规律，建立气体分子振动吸收谱库；2. 光声信号检测和数据处理方法研究基于脉冲光声信号检测系统，实现对各种气体分子振动吸收信号的高灵敏度和高精度检测，并建立相应的光声信号处理算法和数据分析模型；3. 气体多组分检测算法研究针对复杂气体体系中多种气体分子的相互影响和干扰，研究基于核磁共振和机器学习等方法的气体多组分检测算法，实现对混合气体中各组分的准确识别和定量分析；4. 实验验证和应用研究基于自主设计的光声光谱检测系统，利用研究所建立的气体分子振动吸收谱库和多组分检测算法，进行气体检测实验验证，并在环境污染和安全生产等领域进行应用研究。

三、预期成果本研究计划通过探究基于光声光谱技术的多组分气体检测方法，建立气体分子振动吸收谱库和多组分检测算法，提高气体检测的灵敏度和准确性，并实现对复杂气体体系中不同气体分子的准确检测和识别。

预期成果如下：1. 建立包括常见污染气体在内的气体分子振动吸收谱库；2. 开发可实现高灵敏度、高精度气体检测的光声光谱检测系统；3. 开发气体多组分检测算法，实现对气体组分的准确识别和定量分析；4. 实现对不同气体组分的准确检测和准确识别，并在环境保护和安全生产等领域进行应用。

光声光谱技术在绝缘油中气体检测的研究作者：孙微微宋贵才来源：《科技创新与应用》2016年第04期摘要：光声光谱气体检测技术是以光声效应为基础的一种光谱检测技术。

文章对光声光谱理论模型和光声光谱气体检测技术进行了概括和总结，并阐述光声光谱气体检测技术在绝缘油中气体检测的应用。

关键词：光声光谱；绝缘油；微量气体检测引言光声光谱技术（PAS）是近些年来发展起来的一种研究物质吸收光谱的新兴技术，是以光声效应原理为基础的一种微量气体检测技术，具有较高的灵敏度、较高的选择性、动态检测范围大等优点。

自2000 年起，英国凯尔曼（Kelman）公司光声光谱技术应用于油中气体及微水检测并研发出便携式在线检测装置至今，光声光谱技术凭借其检测灵敏度高，可以实现同时检测多种微量气体的优势，已经发展成为一种新兴研究技术，是国际上的研究热点之一。

1 光声光谱技术光声效应是由于周期性强度调制的光照射物质时，产生声信号的现象。

在1880年由贝尔第一次发现光声效应。

它的产生机理是：当光照射物质时，因物质吸收光能而受激发，而后在非辐射消除激发的过程中，使其吸收的光能转变为热能。

若照射的光束通过周期性的强度调制，会在物质内产生温度的周期性变化，使这部分物质和其邻近媒质因热胀冷缩而产生应力（或压力）发生周期性变化，从而产生声信号，这种信号称为光声信号。

当光调制频率与光声信号的频率相同时，光声信号的强度和相位则是由物质的光学、热学、弹性和几何等特性决定的。

光声光谱技术是以光声效应原理为基础的一种光谱检测技术。

由于压力波温度与气体浓度呈一定比例关系，因此，电磁辐射后所产生的压力波被检测气体分子吸收后就可以检测气体浓度。

光声光谱法对样品进行检测是，吸收光能的大小，反射、散射光等对其测量干扰很小，因此提高了对低体积分数气体的测量准确度。

并且光声室容积一般都比较小，大约2-3ml，有利于提高油气分离效率。

2 光声光谱技术的气体检测技术的理论模型光声光谱检测系统根据光声信号检测气体浓度的系统。

光声光谱微量气体检测技术及其应用研究共3篇光声光谱微量气体检测技术及其应用研究1光声光谱微量气体检测技术及其应用研究在各种工业生产和科学研究中，微量气体检测技术变得越来越重要。

然而，传统的检测方法通常需要大型仪器和昂贵的操作费用，这极大地限制了其实际应用。

光声光谱技术因其快速，准确，非侵入性和高灵敏度而备受关注，尤其是在微量气体检测中的应用。

本文将阐述光声光谱技术的原理及其应用研究成果。

光声光谱技术简介光声光谱技术是一种新兴的检测技术，结合了光学和声学的优势，通过激光光束的吸收和散射声波的检测来实现气体分子的检测。

当一束激光穿过待测气体时，光子会和气体分子发生相互作用，产生吸收的效应，从而激发声波信号。

检测的声波信号可以被转化为数值信号分析和研究。

由于气体分子的吸收光谱与其分子构型和化学组成有关，因此，可以通过测量吸收光谱的波长和强度来鉴定待测气体分子，进而实现其检测。

光声光谱技术的应用大气环境监测：空气中存在的微量气体成分是影响大气环境质量的重要因素。

传统的大气环境监测方法通常需要收集样品后带回实验室进行分析，无法实现在线监测。

而光声光谱技术可以在现场对空气中的微量气体，如二氧化碳和甲醛等进行在线监测。

韩国科技大学研究发现，利用光声光谱技术可以在空气中检测到ppm级别的甲醛浓度，这与传统的红外吸收光谱相比具有更高的检测灵敏度。

生物医学检测：在生物医学领域，研究人员一直在寻找一种高灵敏度、快速、非侵入性检测微量分子的方法。

光声光谱技术可以通过检测人体呼出气体中携带的微量气体，如一氧化氮和碳氢化合物等，来辅助疾病诊断。

研究人员利用光声光谱技术检测呼出气体中的一氧化氮和乙醇等，可以实现对肝癌和乳腺癌的早期诊断。

食品安全检测：光声光谱技术也可以用于食品安全检测。

例如，在辣椒果实中，甲醛、乙醛和丙酮等有毒化学物质的含量可能会超过安全标准。

研究人员可以利用光声光谱技术检测出这些化学物质，以确保食品的安全性。

光声光谱微量气体检测技术及其应用研究种类繁多的气体不仅在工农业生产中扮演着重要角色,更关系到人类自身的健康和生命安全,对气体的定量分析技术已成为现代分析测量技术的一个重要分支。

光声光谱技术具有检测灵敏度高、选择性好、响应速度快等特点,是实现多种气体实时监测的理想方法。

本文针对火灾预警和现场检测的需要研制了紧凑结构光声光谱仪,针对血液透析过程中利用呼气监测疗效的需要研制了高灵敏度光声光谱仪,并提出了氢气的光声光谱间接测量方法,其主要内容包括以下几个方面：通过分析光声信号产生机理深入讨论了经典理论在光声光谱仪设计中的指导意义,详细论述了辐射源选择、光声池设计、传声器匹配等系统设计的核心问题。

获得热辐射光源激发非共振光声池并匹配大尺寸传声器构成紧凑结构光声光谱仪的方案,以及激光光源驱动共振式光声池并匹配小尺寸传声器构成高灵敏度光声光谱仪的方案,并指出利用光声信号相位、频率等信息实现氢气间接测量的可能性。

在研制基于热辐射光源和非共振光声池的紧凑结构光声光谱仪过程中,根据光源辐射谱和滤光片透过特性对多组分气体的吸收谱进行了综合数值分析。

依此确定CO、NO和H2S检测所需带通滤光片的中心波长分别为4650nm、5350nm和3700nm,实现了气体吸收效率和抗交叉干扰性的兼顾。

通过实验测定了非共振光声池和传声器相配合的工作频率曲线,得到其在35Hz的光源调制频率下能够获得光声信号激发效率和拾取效率的最佳匹配。

进而对仪器性能的评定结果表明,其对CO、NO和H2S三种气体的循环检测时间小于60s,极限检测灵敏度分别达到1.5ppm、4.5ppm和400ppm,且表现出良好的线性度。

在研制基于CO2激光器和共振光声池的高灵敏度光声光谱仪过程中,对气体分子与固体材料表面间的微观作用机理和NH。

分子在光声池内壁上吸附解吸附过程的宏观表现进行了深入分析。

依此选取低表面能Teflon材料设计加工了以共振管中央切线方向进气结构为典型特征的低流量快速响应一阶纵向共振式光声池,其在100SCCM的流量下对低浓度NH3标准气响应时间且极限检测灵敏度达0.86ppb。

基于石英增强光声光谱的痕量气体传感技术研究进展佟瑶;马欲飞【摘要】石英增强光声光谱技术(QEPAS)作为一种高灵敏度的间接吸收光谱技术,目前已成为痕量气体检测领域的研究热点.本综述文章介绍了近几年具有代表性的QEPAS技术方案,从提高激光功率、增强声耦合效率以及传感器的实际应用三个角度,对比了新型结构的探测性能,分析了各结构的优势.最后,对本文中提到的QEPAS 结构进行了总结,并对QEPAS技术未来的发展进行了展望.【期刊名称】《聊城大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(032)002【总页数】8页(P34-41)【关键词】石英增强光声光谱;痕量气体检测;激光器;石英音叉【作者】佟瑶;马欲飞【作者单位】哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室 ,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室 ,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TN247;TN2490 引言目前，痕量气体检测技术在环境监测、工业过程控制分析、火灾预警等多个领域具有广泛的应用.痕量气体检测技术分为光谱学法和非光谱学法，其中基于激光吸收光谱的光谱学检测技术具有以下优点：响应速度快，响应时间在毫秒量级；探测精度高，可达到ppbv(part per billion by volume)量级；选择性强，可实时监测等，因而成为痕量气体探测领域的重要手段[1].光声光谱技术是基于光声效应的一种间接吸收光谱技术，光声效应于1880年由Bell发现并提出[2].光声效应是指当气体吸收激光辐射后跃迁至高能级，受激分子通过无辐射跃迁至低能级，将吸收的光能转化为热能，分子间产生局部的温度变化和压力变化.如果光是周期性调制的，那么产生的温度和压力的变化也是周期性的，压力的频率与激光调制频率相同，通常在声频，即产生了声波.光声光谱技术中的信号强度如.(1)式中α为吸收系数，Q为光声池的品质因数，P为激光功率，f0为谐振频率.从式(1)可以看出，光声信号与光声池的共振频率呈反比，因此可以通过采用共振频率较低的光声池来提高信号值，但如果光声池的共振频率过低，便对电子元器件1/f 噪声、环境噪声以及气流产生的噪声更加敏感，最终导致系统的信噪比较低[3].另外，光声信号和激光功率成正比，传感器探测极限可通过使用高功率激光源提高.光声光谱技术中的声波探测元件为麦克风，其Q值在40-200，共振频率为1-4 kHz.虽然麦克风的共振频率较低，但其品质因数低、体积大的特点限制了光声光谱传感器的性能和实际应用[4-6].针对麦克风的缺点以及光声光谱技术在应用上的限制，美国Rice大学的Tittel教授课题组于2002年提出了石英增强光声光谱技术(Quartz-enhanced Photoacoustic Spectroscopy， QEPAS)[7].QEPAS技术采用敏锐的声换能器-石英音叉进行探测.石英音叉是由压电材料石英制成的四极振子，通常被用来作为时钟、手表以及电路中的频率基准[8-10]，且具有损耗低、体积小、成本低的优点，消除了光声光谱技术中麦克风带来的限制.石英音叉在真空下的Q值约为100000，常压下约为10000，常见的共振频率为32.768 kHz.根据积分时间公式t=Q/f0计算出常压下的积分时间为320 ms.由于t值较大，因此QEPAS传感器系统信号强度较大.另外，石英音叉对环境噪声具有很好的免疫性[11-16]，只有在响应频带内的频率分量才能有效激发石英音叉振动，而在常压下，石英音叉的响应频带宽度小于4 Hz.另外，外部声源产生的声波会对石英音叉的两个叉股分别施加相同方向的力，而音叉叉股只有向相反方向摆动时才会产生有效信号，因此，QEPAS传感器对环境噪声不敏感.由于QEPAS技术具有高选择性和高灵敏度、低成本、结构紧凑和动态响应范围大的优点，因此被广泛地应用在众多领域[17-35]，其中包括：(1)大气监测；(2)化学分析；(3)生物诊断；(4)痕量气体检测，随着气体检测需求的不断产生，不同结构的QEPAS传感器应运而生.图1 基于石英音叉的QEPAS系统图常见的基于石英音叉的QEPAS系统如图1所示.激光源多采用蝶形封装的半导体激光器，激光器的输出波长根据气体分子的目标吸收谱线进行选择，通常遵循以下三个原则：(1)具有较强的激发强度；(2)与其他背景气体谱线相分离，即无干扰项；(3)适合波长的激光光源的可获得性[36].激光波长由高频的正弦波和低频的锯齿波叠加共同调制，通过给激光器输入变化的驱动电流，使激光在目标吸收线附近的波段内进行扫描.气体分子吸收对应波长的激光能量发生光声效应，产生的声波可等效为力“推动”石英音叉叉股向相反方向摆动，跨阻抗放大器(TA)将压电效应产生的微弱电流信号(pA-nA量级)放大为电压信号，并将其传递至锁相放大器，最终解调为谐波分量信号.由于偶次谐波在吸收峰处有最大值，且随着谐波次数的增加，吸收峰处的信号值减小，因此在QEPAS技术中通常使用二次谐波进行气体浓度的反演.本文总结了近几年具有代表性的QEPAS痕量气体传感技术，主要分三个方面：(1)优化光源输出功率，提高系统信号强度；(2)优化声波探测模块，提高声波探测元件间的耦合效率；(3)从应用角度出发，结合新技术，实现痕量气体分布式测量和传感器的小型化.最后总结了QEPAS技术的发展现状并对此进行展望.1 基于高功率激发源的QEPAS传感器系统由公式(1)可知，光声光谱信号与激光源输出功率呈正比，这是因为当激发源功率提高时，可增大分子抽运速率，使得激发态的分子数增多，因而增大了通过热弛豫释放的热量，提高了声波信号强度.因此可以通过采用高功率激光器实现QEPAS传感器性能的提升.1.1 基于高功率量子级联激光器的QEPAS传感系统量子级联激光器是1994年由美国Bell实验室研制成功的，它是一种基于子带间电子跃迁的新型单极光源，电子被注入到发生激光跃迁的有源层顶部，之后纵向光的发生清空了较低的激光能级，同时电子通过遂穿进入下一层.循环此过程便在有源层内周期性地形成一系列薄层，即多个量子阱构成的超晶格结构[37].量子级联激光器的输出波长仅与有源区量子阱的厚度有关，现有的量子级联激光器的输出波长覆盖了3.4-17 μm[38].2013年，美国Rice大学的马欲飞等人使用美国西北大学研制的输出波长为4.61 μm的高功率连续波分布反馈式量子级联激光器作为QEPAS传感器的光源[39].激光器输出特性如图2所示，在工作温度为10 ℃，工作电流为1250 mA时，激光器的输出功率为987 mW.使用共振频率为32.768 kHz的石英音叉，对位于2169.2 cm-1处的一氧化碳(CO)R分支的R(6)吸收谱线进行了探测，向目标气体中添加水汽加快分子的弛豫速率后，实现了1.5 ppb量级的探测极限.图2 高功率连续波分布反馈式量子级联激光器输出特性[20]1.2 基于掺铒光纤放大器的QEPAS传感系统在QEPAS技术中，蝶形封装或者TO封装的单纵模分布反馈式半导体激光器因为体积小、成本低的特点常被作为光源，然而这样的激光器输出功率较低(<50 mW)，限制了传感器的性能.光纤放大器作为一种全光放大器件，在光纤的纤芯中掺杂稀土离子可以起到使泵浦光放大的作用，具有高增益、宽带宽、低噪声的优点.常用的光纤放大器是掺铒光纤放大器(Erbium-doped Fiber Amplifier,EDFA).当有合适的种子激光注入时，掺铒光纤放大器可以实现30 dB的增益放大[40,41].文献[40]中，使用EDFA将激光功率由80.6 mW放大为1402 mW，实验装置如图3(a)所示，以位于6320.6 cm-1处的硫化氢(H2S)为目标，在1个标准大气压以及1 s的积分时间内，实现的最小探测极限为734 ppb，归一化噪声等效吸收系数为9.8×10-9 cm-1W·Hz1/2，将积分时间提升至67 s时，系统的最小探测极限改进至142 ppb.该实验还测试了不同功率下的信号峰值并进行拟合，结果如图3(b)所示，得到的线性拟合系数为0.999，表征着采用光纤放大器的QEPAS传感器浓度线性响应度良好.图3 基于EDFA的QEPAS传感器装置图与浓度线性响应度测试结果[40]1.3 本节小结本节介绍了通过提高输出功率进而提升系统的探测极限，其中包括采用高功率量子级联激光器以及采用光纤放大器对半导体激光输出功率进行放大，表1总结并对比了两个系统的参数与性能.量子级联激光器由于其结构复杂、生长层次繁多、成本高等特性，限制了它的可获得性.掺铒光纤放大器具有高增益、低噪声、偏振无关等优点，但在使用掺铒光纤放大器时应注意非线性效应和光浪涌等问题.归一化噪声等效吸收系数表征了传感器的探测性能，其值越小，系统的探测性能越好.对比本节提到的两个系统可以看出，使用高功率量子级联激光器和掺铒光纤放大器均可以获得优异的探测性能.表1 高功率激光源的QEPAS系统参数与性能对比表[39-41]目标探测气体输出功率/mW最小探测极限/ppbv归一化噪声等效吸收系数/cm-1W·Hz1/2文献[39]CO9871.51.6× 10-8文献[40]H2S14021429.8×10-9文献[41]NH31000418.43.83×10-8注：ppbv:part per billion by volume,10-9.2 声耦合增强型QEPAS传感器系统为了进一步增强声波信号强度，可在石英音叉两端外加微共振腔，让声波在微共振腔的作用下形成驻波，使微弱的光声信号得到增强.信号增强的幅度与微共振腔的尺寸和放置的位置有关，到目前为止，常见的微共振腔形式有两种，一种为“共轴”形式，另一种为“离轴”形式.为了避免产生光热效应，标准的调节方法是将激光光束完全无遮挡的通过共振腔和音叉叉股.图4 共轴式QEPAS系统结构示意图与声波强度分布模拟图[42]2.1 共轴式QEPAS探测系统在“共轴”式QEPAS系统中，微共振腔由两个不锈钢细管组成，分别放置在石英音叉的两端，激光束穿过这两个细管和音叉的叉股，共轴式微共振腔耦合声波探测模块结构如图4(a)所示.2010年，美国Rice大学的董磊研究了不同尺寸共振管耦合下的QEPAS系统，研究显示共振管长度为λs/4<L<λs/2时(λs为声波波长)[42-44]，微共振腔的信号增强效果较好，声波信号分布如图4(b)所示.通过耦合不同尺寸的金属管，得到了增强效果最好时的共振管尺寸参数，即长度为4.4 mm，内径为0.6 mm，外径为0.71 mm，音叉与共振管端面的距离为30-50 μm.相比于裸石英音叉，添加共振管后信号最大增强30倍.同时，石英音叉与共振腔的耦合使声波探测模块的品质因数减小，响应时间缩短了8-10倍.由于共轴式QEPAS具有较好的信号增强效果，很多研究均采用共轴式共振管增强的方式[7,23,36,45-51].2.2 离轴式QEPAS探测系统尽管共轴式的结构对信号增强效果较好，但仍然存在以下缺点：(1)共振腔由两个共振管组成，因此调节装配较为困难；(2)石英音叉叉股的间隙通常为300 μm，限制了共振管的内径，进而限制了射入共振腔的激光能量.针对上述的限制，刘锟提出了离轴式声波微共振腔[52].在离轴式QEPAS结构中，微共振腔仅由一个不锈钢细管组成，在细管的中间位置加工出设有宽度为0.15±0.02 mm的细槽(如图5(a)所示)，用来出射声波，方便音叉进行探测.在尝试了如图5(b)、5(c)和5(d)三种摆放位置后，发现图5(b)的增强效果最佳，即音叉的叉股间隙对准共振管的细槽平行放置时，该结构的增强效果分别是裸音叉的15.7倍和共轴式QEPAS的4.5倍，以水汽为探测目标，获得的归一化噪声等效吸收系数为5.9×10-9 cm-1W·Hz1/2.注：(a)离轴式音叉和共振腔示意图；(b)-(d)离轴式结构音叉与共振管的空间位置示意图图5 离轴QEPAS示意图[52]2.3 单管共轴式QEPAS探测系统声波在共振腔中形成驻波，共振腔的总长应为λs/2，但由于音叉位于共振腔的中心，音叉与共振腔间的间隙改变了驻波的模式，因此在传统的双管共轴QEPAS系统中，共振管的最佳长度L为λs/4<L<λs/2.减少音叉和共振管之间的间隙，有助于提高QEPAS信号强度，因此可以采用单共振管代替传统共轴式的双共振管.在单管共轴式QEPAS系统中，在金属管两侧加工出一段小孔，声波通过小孔泄露出来，推动音叉叉股进行摆动.由于常见的标准音叉叉股间隙只有300 μm，不利于单共振管的加工和装配，因此采用定制的大间隙石英音叉，对这种单管共轴式QEPAS系统的信号增强效果进行测试[53]，图6(a)为共振管与音叉的位置示意图，图6(b)和6(c)分别为传统双管共轴与单管共轴的声学耦合驻波强度模拟示意图.单管共轴QEPAS结构具有较高的耦合效率，这种结构相比于裸音叉提高了两个数量级，且这种方法相比于传统的共轴式更易进行激光准直.以CO2气体为探测目标，获得的归一化噪声等效吸收系数为1.21×10-8 cm-1W·Hz1/2.注：(a)单管共轴QEPAS声波探测模块示意图;(b)传统共轴声波强度分布模拟图;(c)单管共轴声波强度分布模拟图图6 单管共轴式QEPAS声波探测系统示意图[53]图7 基于两个音叉的M-QEPAS探测模块示意图[54]2.4 基于多音叉的QEPAS传感系统基于多音叉的QEPAS传感系统(Multi-QEPAS，简称M-QEPAS)中，声波将同时由N个音叉探测，单个石英音叉产生的电流信号叠加后的有效信号为原来的N倍，噪声为原来的N倍，因此信噪比提升为原来的N1/2倍.2015年，哈尔滨工业大学的马欲飞等人报道了基于双音叉的M-QEPSAS传感系统[54]，两个共振频率为32.76 kHz的石英音叉垂直反向放置，装置如图7所示，以水汽为目标气体，测得的信号与单个石英音叉相比信号提升了1.7倍.该方法验证了多音叉对系统信噪比的提升效果，后续可以通过增加音叉的数量实现信号的进一步提高.2.5 本节小结本节总结了通过增强声波耦合效率对系统探测能力进行提高的四种结构，其中包括三种微共振腔增强型以及一种多音叉增强型QEPAS传感系统.表2对这四种结构的探测性能进行了对比总结.可以看出采用低共振频率石英音叉的单管共轴型QEPAS系统共振管长度较大，调节光路时比较困难，共振管容易遮挡光束能量，导致系统噪声水平提高.离轴结构在光路调节时比较容易，光束几乎可以无遮挡的通过共振管，但离轴型的声波耦合增强水平较差.综合来看，传统双管共轴型的QEPAS系统的增强效果最好.表2 四个结构的参数与性能对比表[42，52-54]目标探测分子外径/mm内径/mm 管长/mm信噪比归一化噪声等效吸收系数/cm-1W·H1/2Z共轴型C2H20.710.64.427503.3×10-9离轴型H2O0.70.458187005.9×10-9单管共轴型CO20.90.65385541.21×10-8双音叉型H2O------8805.95×10-83 实用化QEPAS传感系统3.1 基于光纤倏逝波的QEPAS传感器传统的QEPAS技术只能进行单点的浓度探测，很难实现远距离多点的分布式测量.光纤倏逝波是指光源发出的光在纤芯中传播时，在纤芯和包层交界处发生全反射，但有部分激光能量渗透到包层中、且以指数衰减的能量场称为倏逝波.将光纤锥置于石英音叉的叉股之间，气体分子吸收倏逝场的能量并产生声波，得到基于光纤倏逝波的QEPAS技术[55]，由于光纤倏逝波的功率随着光纤直径的减小而增大，因此光纤的拉锥处的直径需要足够小(<2 μm)才能获得较强的倏逝波场.采用熔融拉锥法对单模光纤进行多级拉锥，光源发出的激光经过3 km长的单模光纤，将拉锥处放于石英音叉的叉股之间进行探测.三个光纤锥的直径分别为1.67、1.77、1.12 μm，各光纤锥的参数如表3所示.光纤倏逝波的QEPAS技术具有抗电磁干扰、低插入损耗和光学易对准的优点，另外可以通过减少光纤锥的直径进一步提高传感器的探测性能.表3 三个光纤锥的特性参数[55]光纤锥光纤锥直径/μm倏逝波场功率/mW 探测极限/ppmv归一化噪声等效吸收系/cm-1W·Hz1/211.6749.8303.55×10-621.7728.52513.52×10-631.1276.87133.66×10-6注：ppmv:part per million by volume,10-6.3.2 3D打印的QEPAS传感器图8 3D打印模块设计图与实物图[56]实际应用中，传感器应该具有体积小和重量轻的特点，然而，传统QEPAS技术使用了很多光学透镜用来进行激光束的准直和传输，这导致了QEPAS传感器结构不稳定且系统体积较大[56].2018年，哈尔滨工业大学马欲飞等人利用3D打印技术制造了一个体积为29×15×8 mm3的声波探测模块，采用直径为1.8 mm的光纤耦合输出的梯度折射率透镜(Grin透镜)进行激光的聚焦[57].在这个传感器系统中，光纤、Grin透镜、石英音叉、声耦合器都集成在3D打印的声波探测模块中(26,27)，3D打印技术中QEPAS传感器的设计图与加工实物图如图8所示，声波探测模块的质量仅为5 g.3.3 本节小结本节从传感器的实际应用角度出发，介绍了两种新型的QEPAS 传感系统.表4总结了光纤倏逝波QEPAS传感技术和基于3D打印技术的QEPAS传感技术的探测性能，可以看出基于3D打印技术的QEPAS传感系统不仅具有质量轻和体积小的优势，还具有非常灵敏的探测性能.而光纤倏逝波型QEPAS传感技术则可以实现远距离分布式气体浓度测量.表4 实用化QEPAS传感系统参数与性能对比表[55,57]目标探测气体最小探测极限归一化噪声等效吸收系数/ cm-1W·Hz1/2探测距离光纤倏逝波型C2H213 ppmv3.66 × 10-63 km3D打印传感器HCN29 ppbv1.08 × 10-8点测量4 总结与展望本综述文章对近几年新提出的基于石英增强光声光谱(QEPAS)的气体传感器技术进行了讨论和总结.QEPAS技术可以通过提高激发源的功率和优化声波探测结构实现传感器性能的提升.因此，在中红外波段采用量子级联激光器实现激光功率的提高；而在近红外波段，采用掺杂稀土元素的光纤放大器实现功率的放大.优化声波探测系统结构主要集中在添加声波共振管及多音叉结构两个方向，根据声波共振管的数量以及与音叉的放置位置不同分为双管共轴型、单管共轴型以及离轴型.其中双管共轴型QEPAS应用最为广泛，且当共振管长度为λs/4< L<λs/2时，声波增强效果最好.多音叉结构理论上可将信噪比放大为单音叉结构的N1/2倍.光纤倏逝波QEPAS技术实现了痕量气体的远距离分布式探测，且具有低插入损耗，光学易对准的优点.从气体传感器的实用性角度出发，基于3D打印技术的QEPAS传感具有质量轻、体积小、功耗低的优势.以上这些改进方法让基于QEPAS技术的痕量气体传感器应用在更广泛的领域成为可能.后续可以采用以下方法进一步改善QEPAS传感器的探测性能：(1)优化石英音叉所在气室的压强，石英音叉的共振频率与品质因数均与压强有关，因此优化压强将会实现传感器系统信号的提升；(2)优化声波微共振腔的结构及参数；(3)从学科交叉与技术应用的角度出发，实现QEPAS 技术的实用化.参考文献【相关文献】[1] Galli I，Bartalini S，Borri S，et al.Molecular gas sensing below parts per trillion：radiocarbon-dioxide optical detection[J].Phys Rev Lett，2011，107(27)：4.[2] Bell A G.On the production and reproduction of sound by light：Thephotophone[J].Am J Sci，1880，20：305-324.[3] Vincenzo S，Cinzia D F，Angela E，et al.Photoacoustic techniques for trace gas sensing based on semiconductor laser sources[J].Sensors，2009，9(12)：9616-9628. 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光声光谱法监测变压器油中气体含量可行性研究报告篇一：变压器油溶解气的激光光声光谱分析变压器油溶解气的激光光声光谱分析【摘要】变压器油中溶解气分析能够预防变压器故障的发生。

激光光声光谱检测技术具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点，用于变压器油中溶解气分析的前景广阔。

本文利用激光光声光谱检测系统，分别对C2H2、CO2及C2H2/CO2混合气体进行了检测，单一气体的检测极限灵敏度分别达到了12 ppb和36 ppm。

通过自制高压脉冲发生器模拟变压器放电故障，并利用顶空油气分离装置，对变压器放电故障的特征气体C2H2的产气量进行了测量。

【关键词】变压器；油中溶解气体分析；激光光声光谱技术；高压脉冲放电；顶空油气分离引言变压器是电力系统的核心设备，变压器故障会造成严重的电网事故。

所以对变压器运转状态和健康状态进行实时在线检测，有助于提高电力系统的安全性和稳定性。

变压器油溶解气分析是国际上公认的能够有效监测和判断油浸式电力变压器早期故障的方法，通过对变压器绝缘油中溶解的故障气体的种类和含量进行初步分析，可以帮助判断变压器内部是否存在潜伏性故障，对各组分气体的产气量及其变化趋势作进一步分析，还可以区分过热性故障和放电性故障。

光声光谱油中溶解气分析法既综合了气相色谱法、传感器阵列法、傅立叶红外光谱法方法的优点，又克服了他们存在的诸多不足。

同时，基于近红外可调谐光纤激光器的光声光谱技术具有灵敏度高、可调谐性和灵活性好等优势，能够很好的应用于油中溶解气分析。

1.变压器故障气体的激光光声光谱检测1.1 激光光声光谱检测系统激光光声光谱检测系统的系统主要包括近红外可调谐掺铒光纤激光器、掺铒光纤放大器、光声池、锁相放大器、配气系统、数据采集和处理部分。

工作流程为：锁相放大器产生正弦波调制信号，加载在计算机发送的扫描电压上，共同作用于激光器上实现激励光源的波长调制和连续波长的扫描。

光声池内的气体样品由于激光辐射而产生调制的光声信号，利用微音器探测光声池中的声音信号，并将声信号转换为电信号，锁相放大器提取该电信号中的二次谐波信号并传送给计算机，由计算机完成数据采集和处理的工作。

光声光谱技术检测痕量气体具有较高的灵敏度和良好的选择性，选题方向适宜。

请尽快确定课题完成方式，完善相关技术路线，开展课题调研论证工作。

80利用光声光谱技术检测痕量气体0.绪论传统的气体检测技术通常是基于非光学的检测，如气相色谱法、化学催化法。

但这些都存在很多问题，为了解决这些问题，又提出了光学检测手段，首先提出的是光谱吸收法，但他对试样的浓度有很高的要求，而另一种检测方法则采用的是光声光谱技术。

该技术既不受电磁干扰，也不需要损耗替换检测物质，可以免疫外界背景噪声，并且具有较高的灵敏度和良好的选择性。

因此光声光谱技术可以在微型化，远程化和普及化的同时实现实时远程的精确探测，并且非常适合用在很多极端环境以及针对易燃易爆物质的监测的条件下。

特别是近些年在原本的研究基础上开始出现使用石英音叉代替原本的麦克风共振腔，令光声光谱技术在灵敏度和抗环境噪声干扰方面提升了一大步。

1.光声光谱技术的发展历史放在密闭容器里的试样，当用经过斩波器调制的强度以一定频率周期变化的光照射时，容器内能产生同与斩波器频率的声波。

这一现象称为光声效应。

1880年贝尔发现固体的光声效应，1881年他又和廷德尔和伦琴相继发现气体和液体的光声效应。

他们将气体密封于池子里，用阳光间断照射池中样品，通过接到池上的一个听筒听到了某种声响。

20世纪60年代以后,由于微信号检测技术的发展,高灵敏微音器和压电陶瓷传声器的出现，强光源（激光器、氙灯等）的问世，光声效应及其应用的研究又重新活跃起来。

将光声效应和光谱技术结合起来，就形成了光声光谱技术。

光声光谱技术在不断发展，二氧化碳激光光源红外光声光谱仪适用于气体分析;氙灯紫外-可见光声光谱仪适用于固体和液体的分析；傅里叶变换光声光谱仪能对样品提供丰富的结构信息。

光声喇曼光谱法也在迅速发展。

2光声光谱光纤传感器基本原理2.1光声光谱技术原理传统的光声光谱技术是利用一个谐振腔，腔中充满一定压强的待测混合气体，采用调制的激光光源。

光声光谱技术在绝缘油中气体检测的研究光声光谱气体检测技术是以光声效应为基础的一种光谱检测技术。

文章对光声光谱理论模型和光声光谱气体检测技术进行了概括和总结，并阐述光声光谱气体检测技术在绝缘油中气体检测的应用。

标签：光声光谱；绝缘油；微量气体检测引言光声光谱技术（PAS）是近些年来发展起来的一种研究物质吸收光谱的新兴技术，是以光声效应原理为基础的一种微量气体检测技术，具有较高的灵敏度、较高的选择性、动态检测范围大等优点。

自2000 年起，英国凯尔曼（Kelman）公司光声光谱技术应用于油中气体及微水检测并研发出便携式在线检测装置至今，光声光谱技术凭借其检测灵敏度高，可以实现同时检测多种微量气体的优势，已经发展成为一种新兴研究技术，是国际上的研究热点之一。

1 光声光谱技术光声效应是由于周期性强度调制的光照射物质时，产生声信号的现象。

在1880年由贝尔第一次发现光声效应。

它的产生机理是：当光照射物质时，因物质吸收光能而受激发，而后在非辐射消除激发的过程中，使其吸收的光能转变为热能。

若照射的光束通过周期性的强度调制，会在物质内产生温度的周期性变化，使这部分物质和其邻近媒质因热胀冷缩而产生应力（或压力）发生周期性变化，从而产生声信号，这种信号称为光声信号。

当光调制频率与光声信号的频率相同时，光声信号的强度和相位则是由物质的光学、热学、弹性和几何等特性决定的。

光声光谱技术是以光声效应原理为基础的一种光谱检测技术。

由于压力波温度与气体浓度呈一定比例关系，因此，电磁辐射后所产生的压力波被检测气体分子吸收后就可以检测气体浓度。

光声光谱法对样品进行检测是，吸收光能的大小，反射、散射光等对其测量干扰很小，因此提高了对低体积分数气体的测量准确度。

并且光声室容积一般都比较小，大约2-3ml，有利于提高油气分离效率。

2 光声光谱技术的气体检测技术的理论模型光声光谱检测系统根据光声信号检测气体浓度的系统。

光声光谱气体检测系统是光谱气体检测技术的一种，光谱气体检测技术从原理上划分可以分为两种测量法：直接测量法和间接测量法。

变压器作为电力系统的枢纽，运行状态直接关系着电力系统的安全稳定。

在运行过程中，变压器内部发生热故障、放电性故障或者油、纸老化时，会产生H 2、CH 4、C 2 H 6 、C 2 H 4、C 2 H 2、CO、CO 2等故障特征气体，故障气体的含量是变压器内部故障类别和严重程度的重要标志。

为实现油中气体的在线监测，目前已提出多种方法，如气相色谱、气敏传感器、红外光声光谱等。

但长期使用中，这些方法存在取样复杂、交叉敏感、长期稳定性差、检测气体组分不够齐全等问题。

为此，我司开创性地将半导体激光器技术与光声光谱技术结合，研发生产了PASL-3000 激光光声光谱变压器油中气体在线监测系统，具有准确度高，稳定性好、无需更换载气，无气体交叉干扰等优点。

技术特点：光声光谱是基于光声效应的一种光谱技术，气体分子吸收特定波长的调制光辐射能量，由振动基态跃迁到激发态，然后通过快速的辐射跃迁或者无辐射跃迁过程回到基态。

气体分子通过无辐射跃迁过程回到基态会产生热能，导致气体温度的变化，相应地引起气体压强的变化，从而产生声音信号，信号的强弱与入射光强和气体吸收大小成正比，检测声音信号即可间接测定气体浓度。

气体既是检测对象气体，又是吸收光辐射的探测器，利用同一光声池检测装置，只要改变光源的波长即可对多种气体进行检测。

可调谐半导体激光器凭借其带宽窄、连续可调、体积小、重量轻、可在室温工作、能与光纤藕合等优点，近年来成为光声光谱系统光源的理想选择。

通过多波段可调谐半导体激光器的组合，可满足变压器油中溶解气体和微水的测试要求。

技术优势：（1）非接触性测量、不消耗任何标准气体；（2）不需要分离气体、直接确定气体的成分和含量、检测速度快、可实现连续测量；（3）直接测量气体吸收光能大小，探测灵敏度高，气室体积小；（4）采用半导体激光器，直接电调制，系统性能可靠，稳定性好；（5）只需分别驱动不同波长的半导体激光器即可用于多种气体的测量。

光谱分析技术在气体分析中检测的研究摘要：光谱分析技术是一门发展迅猛的高新技术,在气体检测分析领域里被誉为分析“巨人”,它的出现掀起了一场分析技术革命。

随着现代化工业的突飞猛进，气体检测技术的重要性不言而喻，光谱是气体检测家族中的重要一员，它以吸收光谱为基础理论，基于光．热．声效应实现对气体定性与定量测量的一种检测方法，具有高灵敏性、高选择性、快速响应、在线监测和无耗材等优点，其应用前景十分广阔。

随着计算机科学与数值模拟技术的发展，仪器研制的研发环境与设计流程也发生了较大的变化，利用先进的设计方法用于光声光谱技术的研究具有积极的意义。

本论文通过理论分析的方法，围绕光声光谱光．热．声效应下的多物理场耦合计算问题，利用计算机有限元仿真技术开展光声池的优化设计、光声光谱连续性检测系统与光声池腔内流场与噪声等问题的实验研究与理论分析，本文阐述了红外光谱技术吸收原理及优点，介绍了光谱技术在气体检测分析中的应用。

对实际生产具有指导意义。

关键词：红外光谱技术；气体检测分析；特征频率近些年，伴随着我国经济的飞速发展，各种各样安全生产事故的产生频率也在持续提升。

瓦斯爆炸是煤矿业生产制造中最普遍、伤害较大的安全生产事故，因而煤矿业公司必须一套健全的煤层气检测机器设备来防止重大安全事故的产生。

石油工业和避免疫情散播也必须气体检测机器设备，如检测一氧化碳。

因而，气体检测剖析技术性被广泛运用于很多领域，对确保大家的制造日常生活具备关键实际意义。

现阶段，气体检测的方式许多，在其中红外光谱法是最经常使用的气体检测和统计分析方法。

摆脱了传统式气体检测统计分析方法机器设备易衰老、抗干扰性弱等缺陷。

它具备反应灵敏、精确测量結果真正靠谱等优势，具备较好的发展前途。

1.光谱吸收基本原理大家都知道，仅是由很多可见光组合而成的，因此大家见到红外线是由很多红外线频率之外的光构成的。

每一种气体都是有一个特性：可以吸收相对应频率的红外线能，气体吸收红外光能的最大频率称之为气体的特点吸收频率。

基于光声光谱检测技术的二氧化碳气体检测系统挥发性有机物(VOCs)种类繁多,而常规的光谱检测技术只能对少数几种挥发性有机物进行检测。

二氧化碳(CO2)气体是各类挥发性有机物燃烧后的主要产物,因此通过检测燃烧产生物,可以间接获得总挥发性有机物(TVOCs)的浓度。

光声光谱检测技术是一种高灵敏度检测微量气体的光学检测技术,具有选择性好、响应时间短、大动态检测范围等优点,是实现痕量气体实时监测的理想方法,在众多领域得到广泛的研究和应用。

本论文从气体吸收光谱理论入手,基于气体光声光谱检测的基本原理,搭建了检测系统;实验测量了光声信号强度与光源强度、不同激发波长(具有不同的吸收系数)、气体浓度的对应关系,为气体光声光谱检测奠定基础。

根据气体特征吸收谱线的选择原则,采用1572.66nm作为CO2的特征吸收波长;探讨了影响光声池性能的各种因素,以尽可能降低噪声的干扰为前提,设计并制作了光声池,搭建基于可调谐激光器的气体光声光谱检测平台。

针对CO2气体吸收系数与谱线线型,讨论了它们与温度、压强之间的关系,并得出不同气体受压强、温度的影响各不相同。

实验研究了光声光谱的响应特性,分析了气体产生饱和特性的原因,得到在气体非饱和吸收的情况下,CO2光声信号随激光功率、气体浓度的增加而线性增大。

得到了光声信号与气体浓度的定量模型,为光声光谱技术在大气污染物检测方面提供了参考。

ＤＯＩ:１０.１９３９２/ｊ.ｃｎｋｉ.１６７１￣７３４１.２０１９３５００４基于光声光谱技术的ＳＦ６气体检测及运用罗东君国网河南省电力公司技能培训中心㊀河南郑州㊀４５００００摘㊀要:光声光谱技术的ＳＦ６气体检测是一种有效的技术手段ꎬ在实践中应用广泛ꎮ文章主要对基于光声光谱技术的ＳＦ６气体检测及运用进行了简单的分析论述ꎮ关键词:光声光谱技术ꎻＳＦ６气体ꎻ检测及运用㊀㊀六氟化硫(ＳＦ６)气体具有良好的绝缘以及灭弧性能ꎬ在气体绝缘电器中应用相对较为广泛ꎮ六氟化硫是一种无色㊁无臭㊁无毒㊁不燃的稳定气体ꎮ其在常温常压状态之下呈现气态ꎬ六氟化硫分子结构具有较高的稳定性ꎮ１光声光谱技术的ＳＦ６气体系统总体设计１.１系统组成基于以上原理设计光声光谱ＳＦ６检测系统ꎬ此系统是通过红外热辐射光源㊁滤光片以及自制等共振光声池㊁计算机等中系统构成ꎮ红外热辐射光源发射较为稳定的红外光ꎬ通过特定波段的滤光片则可以形成单色光ꎬ利用斩波器通过ω频率可以实现调制ꎬ然后射入到光声池中ꎬ在产生光声效应之后依旧会发出频率为ω声波ꎮ而通过高灵敏度的微音器可以测得其光声信号ꎮ然后其送入参考信号的频率为ω的锁相放大器进行光声信号检测分析ꎮ通过ＳＴＭ３２单片机对其进行采集分析ꎬ通过上位机对其进行后续的处理ꎮ１.２谱线选择以及滤光片参数设计分析通过光声光谱技术进行检测分析ꎬ要分析可以满足检测条件的最佳线谱线的位置ꎮ在一般状况之下ＳＦ６气体检测环境中会含有二氧化碳等一些浓度较高的干扰性气体ꎬ利用谱线选择分析可以及时排除存在的干扰性气体则可以有效的提升检测的精度ꎮ通过数据库查询分析ꎬＳＦ６吸收谱线主要集中的区域范围中ꎬ干扰性气体的吸收谱线强度整体上来说分布相对较弱ꎬ也就是说ꎬ进行ＳＦ６气体检测过程中ꎬ虽然在空气中的水分含量高达１％ꎬ但是要选择其作为气体检测的主要吸收区域ꎬ则可以有效表面各种干扰性气体的影响ꎮ滤光片作为一种有效的方式可以有效的在有效宽带之外的波段光的透过ꎬ在进行参数选择过程中要综合气体吸收谱线的特征区域合理选择ꎬ保障其宽度可以覆盖整个区域范围ꎮ１.３光声光谱技术的ＳＦ６气体光源的选择光源是一种光声光谱信号激发源ꎬ对于系统设计来说具有重要的价值与作用ꎮ进行ＳＦ６气体检测开发中ꎬ要保障光源符合检测指标要求ꎬ同时要综合成本㊁体积等因素信息ꎮ因为ＳＦ６检测通过吸收光谱谱线中线位置为９４７.５ｃｍ￣１的位置ꎬ此位置处于中红外ꎬ因此光源要综合分析以二氧化碳激光器㊁量子级联激光器㊁宽带红外热辐射光源ꎮ其中二氧化碳激光器是一种应用较早的气体类型激光器ꎬ主要就是利用９.６μｍ~１０.６μｍ的振波进行处理ꎬ其发射功率相对较高ꎬ可以有效的满足ＳＦ６气体检测的灵敏度要求ꎮ但是此种类型的激光器体积相对较为庞大ꎬ其价格较为昂贵ꎬ在线检测操作较为困难ꎮ量子级联激光器是近些年比较应用的一种宽谱带以及高输出光功率㊁便于调谐㊁体积相对较小的激光器ꎬ其价格相对较为昂贵ꎬ广泛推广相对较为困难ꎮ宽带热辐射光源可以充分的激发１μｍ~２０μｍ的光ꎬ可以有效的满足多数气体分子的检测ꎬ体积相对较小ꎬ成本较为低廉ꎬ此种光源的光功率相对较低ꎮ对此ꎬ主要将红外热辐射光源作为主要光源ꎮ２基于光声光谱技术的ＳＦ６气体检测及运用基于光声光谱技术的ＳＦ６气体检测在实践中具有在线检测的功能ꎬ可以进行现场检测气路ꎬ其主要运用如下:２.１光声光谱技术的ＳＦ６气体在线检测结构通过工控机利用ＮＩ６００８数据采集卡进行气路㊁测量机构以及送回气路控制以及对应的信息数据采集整理ꎬ将采集到的数控通过工控机搭载的软件系统进行各个设备单元的管理ꎬ进行数据汇总分析ꎬ通过测试数据实现综合性的分析ꎬ将在终端的在线检测界面实时传输到局域网的任意计算机中ꎬ则可以实现远程访问ꎮ其主要功能主要有实时化的数据显示ꎬ可以通多次的数据构成趋势图㊁进行历史数据查询与分析ꎬ实现数据标定分析ꎬ根据设定的阈值报警分析ꎬ进行气体组分增长速率计算分析ꎬ实现指导设备的状态检修处理ꎬ可以实现对现场数据的远程化实时性的检测分析ꎮ２.２光声光谱技术的ＳＦ６气体现场检测气路现场测量气路主要通过本体取样ꎬ可以将测量机构检测之后的气体送到设备本体中进行循环的检测分析ꎮ在现场测量中通过自循环气路ꎬ可以有效的保障气体的密封性ꎬ避免出现排放以及泄露等问题ꎬ采取样本具有代表性ꎮ系统利用拓扑机构可以有效的保障现场工矿机采集以及处理数据可以实现实时性的传输ꎬ可以传递给局域网以及任意计算机ꎬ具有远程性的实时查看以及报警等功能ꎮ通过构建生传输线模型ꎬ可以实现对光声腔集合参数信息㊁谐振频率以及品质因子等参数通过计算机进行计算与分析ꎬ可以为优化光声腔提供精准的数据以及理论性支撑ꎬ可以有效的提升装置对痕量气体检测的精准度以及灵敏度ꎮ通过对测量隔室进行恒温处理分析ꎬ扣除噪声背景ꎬ可以获得ＧＩＳ局部的特征ꎬ可以将其分解为ＣＯ㊁ＳＯ２㊁ＣＦ４等线性拟合曲线ꎬ可以实现三种分解组分定量在线检测ꎬ检测极限相对较低ꎮ３结语传统的方式无法分析ＳＦ６故障诊断早期阶段出现的潜伏性绝缘故障ꎬ通过ＧＩＳ内部进行ＳＦ６气体的组分分析ꎬ可以发现设备中的潜伏想故障问题ꎬ可以初步地进行故障定位ꎬ这也是现阶段研究的重点ꎮ参考文献:[１]陈珂ꎬ袁帅ꎬ宫振峰.基于激光光声光谱超高灵敏度检测ＳＦ６分解组分Ｈ＿２Ｓ[Ｊ].中国激光ꎬ２０１８ꎬ４５(０９):１３８￣１４４.[２]郭红ꎬ王新兵ꎬ左都罗.基于可调谐ＣＯ＿２激光器的ＳＦ６差分光声检测研究[Ｊ].激光技术ꎬ２０１８ꎬ４２(０５):１５￣２０.[３]许宁ꎬ李振华.ＧＩＳ气体光声光谱法检测技术研究[Ｊ].通信电源技术ꎬ２０１８ꎬ３５ꎬ１７１(０３):２７￣２９.５㊀科技风２０１９年１２月科技创新。