[发明专利]一种用于高精度测量气体浓度的滤光片

说明书

本发明公开了一种用于高精度测量气体浓度的滤光片，包括会聚热光源，会聚热光源一侧设置斩波器，斩波器远离会聚热光源的另一侧设有滤光片组，滤光片组远离斩波器的另一端依次设置含微音器的光声池与信号放大采集处理系统。本发明的有益效果：增加了红外吸收型滤光片，大大提高滤光片组叠加后的截止效率，混合气体滤光片内的气体种类和含量均可调节，可以根据实际测量需求灵活使用。无需使用花大成本进行加工和寻找合适的材料。

技术领域

本发明涉及光谱学信息处理技术领域，具体为一种用于高精度测量气体浓度的滤光片。

背景技术

长期运行中和发生故障后的油浸电力变压器在热、电的作用下，其绝缘油及有机绝缘材料会分解出一些对判断故障类型甚至故障部位有价值的气体，如CH₄，C₂H₆，C₂H₄，C₂H₂，CO和CO₂。

分析油中溶解的这些气体是判断油浸电力变压器早期潜伏性故障最方便、有效的措施之一。目前，变压器油中溶解气体在线监测装置中所用的气体检测方法主要有气相色谱法、气敏传感器法、傅里叶红外光谱法等。但这些方法均存在一些不足，如：1气相色谱法和气敏传感器法在检测过程中要消耗待测气体和载气；2色谱柱和传感器的性能在使用过程中会逐渐变化，为保证准确度，必须定期用标准气体进行校准，因此长期稳定性不好；3傅里叶红外光谱法在检测微量气体时，其气池体积较大，增加了待测气体的需求量。

光声光谱技术是基于光声效应来检测吸收物体积分数的一种光谱技术。该技术的优点是：1非接触性测量，不消耗气体；2不需要分离气体，通过光谱分析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长期使用中，各器件的性能稳定，可以实现免标定；4直接测量气体吸收光能的大小，相同气池长度下，灵敏度比傅里叶红外光谱高很多；5检测范围宽，准确度高。通常，由于大多数气体分子的无辐射跃迁主要集中在红外波段，光声光谱通过直接测量气体对相应于特征吸收峰的特定波长红外光的吸收量进行该气体的定性和定量分析。

光声效应是由于气体分子吸收间断性光能而引起的周期性无辐射弛豫(热效应)的过程，宏观上表现为气体压力的周期性变化。光声系统是变压器油中特征气体光声光谱仪的核心部分。变压器油中气体成分较多、吸收峰位置分布宽，红外热辐射光源与不同的滤光片配合使用，以激发待测气体产生光声信号。

合适的滤光片是将光源的宽谱辐射转化为特定波长窄带红外光的关键，须根据光源辐射谱和滤光片透过特性对气体吸收谱进行综合数值分析，才能确定合适的滤光片设计参数，从而使待测气体吸收更多的激发光以利于光声信号的提高，并限制激发光被其他气体吸收以免产生无法去除的交叉干扰。尽管多数气体在近中红外区域都存在多个吸收带，但受到红外热辐射光源的辐射率分布的限制，实际可利用的吸收带多局限于较窄的范围内。更重要的是不同气体的吸收带之间存在明显的干涉，因此在尽量利用多条吸收线提高特定气体吸收效率的同时还必须要避免其他气体吸收线被激发而造成信号交叉干扰的影响，在气体低浓度高精度的测量过程中滤光片防止干扰是非常重要的一项工作。

目前窄带滤光片基本上都有以下缺陷：

1.截止深度低，基本达到OD＝3，要做成宽波段截止深度OD＝4，非常困难，价格也非常昂贵；

2.当要测量一定浓度的气体时，利用现有的滤光片会导致其他气体对待测气体的信号产生比较大的干扰；

3.采用干涉型滤光片进行叠加，衰减效果非常差，不会达到理论衰减效果，达不到所需要的衰减要求。

4.目前很少有中远红外吸收型的窄带滤光片，当测量气体的种类比较多时，只能利用现有的反射、干涉型滤光片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高精度测量气体浓度的滤光片，以解决上述背景技术中提出的问题。