基于光强调制型光热干涉法的绝缘油中乙炔传感

实时跟踪变压器油中乙炔气体对保障油浸式变压器稳定运行具有重要意义。新型光学光热干涉技术(photothermal interference,PTI)具有“零背景”、高灵敏度、无接触测量和抗电磁干扰等的优点,在变压器油中溶解气体分析领域具有巨大潜力。该文提出一种基于Herriott气室的光强调制型光热干涉技术的乙炔传感技术。首先,对单光束激发乙炔光热效应的过程进行仿真建模,研究光热效应引起的温度分布、脉冲激励动态响应和正弦激励的频率响应;进一步,开展参数优化实验。结果表明,增大激励光光强能有效增大光热相位,而提高调制频率不利于光热效应的充分激发;最后,开展模拟故障状态下的油中乙炔检测,PTI乙炔系统的检测灵敏度为0.15(m V·L)/μL,检测下限达到0.94μL/L,满足在运高电压等级变压器油中乙炔含量的监测需求,验证光热干涉法在油中溶解气体检测的可行性和潜力。

光热干涉法测量大气气溶胶粒子吸收系数研究进展

光热干涉法可在保持大气气溶胶状态不变的前提下直接测量其吸收系数,具有灵敏度高、响应速度快和测量结果不受散射光影响等优点。详细阐述了光热干涉法测量气溶胶吸收系数的基本原理。通过对几种典型光热干涉仪的剖析,包括Mach-Zehnder干涉仪、Fabry-Perot干涉仪、Jamin干涉仪和折返Jamin干涉仪,介绍了该方法不断完善的研究历程以及仍然待解决的问题。描述了在借鉴和创新基础上,正在开发的全光纤结构光热干涉试验装置。分析了光热干涉法的未来发展趋势。

大气吸收性成分的光热干涉法测量

大气气溶胶粒子吸收对地球辐射收支平衡、激光在大气中的传输等具有重要影响,其吸收特性的准确测量越来越受到重视。介绍了气溶胶吸收系数的光热干涉法的测量原理、解调算法与标定原理。通过搭建的全光纤结构光热干涉实验装置,对N2、NO2和含碳气溶胶进行了定性测量,利用NO2气体在532 nm波段的吸收实现了实验装置的初步标定,获得目前装置对NO2气体的最小可探测浓度为3.976 mg·m-3。分析结果表明光热干涉法在实际大气气溶胶粒子吸收特性的测量上潜力巨大。

光热干涉法测量大气气溶胶粒子吸收特性的仿真分析

大气气溶胶粒子吸收虽然一般比较微弱,但对地球辐射收支平衡、高能激光在大气中的传输具有重要影响,因而该吸收特性的准确测量越来越受到重视。针对光热测量技术,通过分析气溶胶因吸收激励激光能量产生的温度分布和折射率变化,给出了光热干涉的相位变化量与有效吸收系数、作用时间的关系;阐述了利用相位载波(PGC)算法获得相位变化信息的方式;以强、中、弱3种吸收特性的气溶胶为例,说明了不同激励激光波长下的光热效应;通过仿真计算及误差分析,展示了PGC算法在解调精度和抗噪上的优势;对解调算法进行了初步的实验验证。

变压器油中溶解乙炔光热干涉检测系统的温度和压强特性

光热干涉(photothermal interference,PTI)法是一种气体检测的新型光学方法,因其高灵敏度、高精度和“零背景”的优点,有望在油中溶解气体分析(dissolved gas analysis,DGA)检测领域中得以推广和应用。然而,油中溶解气体的温度和压强对光热相位的影响规律尚不明确,为提高PTI技术在DGA领域的适用性,文中提出一种基于Herriott气室的光强调制型PTI油中乙炔传感方案。为模拟故障状态下变压器油中气体检测,文中对含乙炔等多组分特征气体的混合气体进行实测,并重点研究测量过程中温度和压强对检测结果的影响规律,得出温度降低和压强增大均会使光热相位增大。由此表明,乙炔检测的精度和稳定性依赖于检测过程中合理设置温度和压强。所研制的测量系统对乙炔浓度具有较强的线性响应,检测灵敏度为0.151 mV/(μL·L^(-1)),检测下限为5.3μL/L。所提方案为后续开发基于PTI技术的新型DGA检测提供了思路并奠定了基础。