四、油中溶解氣體的測(cè)量。
最后給大家介紹一下變壓器油中溶解氣體的測(cè)量。目前，油中溶解氣體的檢測(cè)方法主要有氣相色譜法、電子鼻法、紅外光譜法和光聲光譜法等，由于其原理的缺陷，氣相色譜法和電子鼻法都難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的在線檢測(cè)。由此基于光學(xué)的方法應(yīng)運(yùn)而生，包括紅外光譜法和光聲光譜法，國(guó)內(nèi)外都有研究機(jī)構(gòu)和公司對(duì)這一類方法進(jìn)行過(guò)深入研究。
傅里葉紅外光譜法的基本原理如圖8所示。首先光源發(fā)出一束光，利用干涉儀形成干涉光，干涉光束穿過(guò)氣體樣品后，利用氣體分子吸收特定波長(zhǎng)紅外線的特性，比對(duì)紅外線吸收?qǐng)D譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜即可判斷氣體種類。而氣體濃度則遵循比爾-朗伯定律，利用氣體分子吸收強(qiáng)度與濃度成正比的關(guān)系，計(jì)算光譜的吸收強(qiáng)度即可得到
圖8 傅里葉紅外光譜法的基本原理該方法的優(yōu)點(diǎn)是：雙光束干涉，對(duì)溫度、濕度等因素不敏感；具有快速、高信噪比和高分辨率等特點(diǎn)；更重要的是可以在不破壞樣品組成的情況下，連續(xù)采集對(duì)故障分析有利的全部故障特征氣體，并進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理。其缺點(diǎn)：一是不能夠分析對(duì)稱結(jié)構(gòu)無(wú)極性的雙原子分子，如H2，另外就是為了獲取更高的靈敏度，在痕量氣體檢測(cè)時(shí)，需要體積龐大的氣池才能夠?qū)崿F(xiàn)，不利于實(shí)現(xiàn)便攜；該方法還存在的問(wèn)題就是標(biāo)準(zhǔn)圖譜的獲得需要有可靠的方法，需要制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范其在油中溶解氣體分析中的應(yīng)用。綜上所述，紅外光譜法還需要進(jìn)一步的發(fā)展才能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。
另外一種油中溶解氣體的測(cè)量方法是光聲光譜法，如圖9所示。其原理是紅外光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)透鏡匯聚后，利用斬波器產(chǎn)生頻率變化的光，不同頻率的光經(jīng)過(guò)濾光片進(jìn)入光聲池，光聲池當(dāng)中的氣體分子接觸到不同特征頻率的光之后就會(huì)發(fā)生輻射或者非輻射的躍遷，當(dāng)發(fā)生非輻射躍遷時(shí)，氣體分子吸收的能量將轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，進(jìn)而引起溫度升高，從而在光聲池中產(chǎn)生聲波，最后利用相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備將該聲音信號(hào)檢測(cè)出來(lái)。由于斬波器得到的調(diào)制頻率就是光聲池中輻射的聲音頻率，因此檢測(cè)的就是該頻率對(duì)應(yīng)的聲音信號(hào)。
圖9光聲光譜法的基本原理光聲光譜法檢測(cè)的是氣體吸收光能的大小，不是光強(qiáng)的大小，因此對(duì)于散射等干擾不敏感，抗干擾能力強(qiáng)；在對(duì)弱吸收以及低體積分?jǐn)?shù)氣體的檢測(cè)中，由于不需要與入射光強(qiáng)進(jìn)行比較，因而仍然可以獲得很高的靈敏度；此外因不消耗氣樣，因而檢測(cè)時(shí)間短，便于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性也較好。目前，該方法需要繼續(xù)研究的是在線檢測(cè)數(shù)據(jù)和離線檢測(cè)數(shù)據(jù)的一致性問(wèn)題，以及如何利用在線檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行準(zhǔn)確分析的問(wèn)題。目前從現(xiàn)場(chǎng)光聲光譜法的運(yùn)行效果來(lái)看，該套測(cè)量裝置整體的性能尚可，是一種比較有前途的檢測(cè)方法。
作者簡(jiǎn)介：錢政，北京航空航天大學(xué)教授。中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)傳感器分會(huì)理事、中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)傳感器分會(huì)理事。
2000年博士畢業(yè)于西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程專業(yè)，2002年9月從清華大學(xué)電工學(xué)科博士后流動(dòng)站出站?，F(xiàn)為北京航空航天大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院本科教學(xué)副院長(zhǎng)，測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)博士生導(dǎo)師。
承擔(dān)《信號(hào)與測(cè)試技術(shù)》、《智能化傳感技術(shù)》、《誤差分析與數(shù)據(jù)處理》等課程的教學(xué)工作。主編《測(cè)試誤差分析與數(shù)據(jù)處理》教材一部，參編《現(xiàn)代電氣檢測(cè)技術(shù)》、《智能化傳感技術(shù)與系統(tǒng)》、《傳感器接口與檢測(cè)儀器電路》教材，從事現(xiàn)代電氣檢測(cè)技術(shù)和智能化傳感技術(shù)的研究工作。
參加過(guò)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目及航空基金項(xiàng)目等多項(xiàng)科研項(xiàng)目。目前主持北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目及多項(xiàng)橫向合作項(xiàng)目。
獲省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)2項(xiàng)。在國(guó)內(nèi)外期刊及會(huì)議上發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇，其中SCI、EI、ISTP三大檢索系統(tǒng)檢索30余篇。
