关键词：
光纤气体传感器
氢气
谐波检测
虚拟仪器
摘要：
变压器是电力系统中不可缺少的重要设备,及时发现变压器的潜在故障对于保障电力系统安全可靠地运行有十分重要的现实意义.绝缘油中故障气体的检测是变压器正常维护的主要手段,现有的各种故障气体检测技术虽然具有较高的检测精度,但存在操作复杂、检测周期长和不能实时监控等不足.为了克服上述缺点,该课题对变压器油中故障气体氢气的在线监测技术进行研究.在综述光纤气体传感技术的分类、现状和发展的基础上,分析了吸收式光纤氢气传感器适于远程在线检测、抗电磁干扰等优点,研究了这种传感器检测变压器油中氢气浓度的可行性.研究了差分技术和调制技术在吸收式光纤传感器中的原理和技术特点.在Beer-Lambert定律和傅里叶展开等理论基础上,提出了基于频率调制的气体浓度谐波检测方法,并构造了数学模型,推导出检测结果的二次谐波分量与被测气体浓度的关系式,为变压器油中氢气的光纤检测奠定了理论基础.通过对双原子分子的运动形式和吸收光谱的研究,结合现有的激光器件,确定了系统的工作波长;同时,分析了氢气吸收光谱的精细结构和各种线形增宽因素对气体吸收谱线的影响,确定了氢气吸收线形的半宽度,并由二次谐波系数和半宽度的关系式确定了频率调制的幅值范围,为激光光源的选择和调制提供了理论依据.利用LabView软件构建的虚拟仪器替代锁相放大器等仪器对信号进行采集与处理,并针对文中提出谐波检测方法的要求编制了相应软件程序.可精确地检测出带有气体浓度信息的二次谐波分量,大大增强了系统的功能,降低了成本.最后建立了一个简单的光纤气体检测实验系统,用实验数据验证了谐波检测方案和设计的可行性,并拟合出检测系统的响应曲线.
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