[发明专利]一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统及方法

权利要求书

1.一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统，其特征在于，包括激光光源、传感通道、探测光源、光纤耦合器、参考通道、高速光谱仪和信号采集与处理模块，所述传感通道上设有传感光纤，传感光纤侧面开孔且浸入变压器油中，激光光源发射的激光入射到传感通道的传感光纤；探测光源发射的宽谱光经光纤耦合器后被分成两束，其中一束光经过传感通道入射到传感光纤中，经反射后入射到高速光谱仪；从光纤耦合器发射出来的另一束光经参考通道后被反射，入射到高速光谱仪；信号采集与处理模块采集高速光谱仪的光谱信号后计算参考通道和传感通道的光程差，根据光程差的变化得出传感光纤中光声信号的幅度，根据光声信号幅度与油中溶解气体的浓度对应关系得出油中溶解气体的浓度。

2.根据权利要求1所述的一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统，其特征在于，所述传感通道包括波分复用器、传导光纤及传感通道光纤反射镜，所述参考通道包括参考光纤及参考通道光纤反射镜，所述激光光源发射的激光顺次经过波分复用器和传导光纤入射到传感光纤中，被传感通道光纤反射镜反射后再次入射到传感光纤中；探测光源发射的宽谱光经光纤耦合器后被分成两束，其中一束光依次经过波分复用器和传导光纤入射到传感光纤中，再被传感通道光纤反射镜反射后依次经过传感光纤、传导光纤、波分复用器和光纤耦合器入射到高速光谱仪；从光纤耦合器发射出来的另一束光经过参考光纤后被参考通道光纤反射镜反射后，再经过参考光纤和光纤耦合器入射到高速光谱仪。

3.根据权利要求1所述的一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统，其特征在于，所述激光光源是近红外窄线宽可调谐半导体激光器。

4.根据权利要求2所述的一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统，其特征在于，所述波分复用器的反射端口的工作波长范围覆盖所述激光光源的中心波长，波分复用器的透射端口的工作波长范围覆盖所述探测光源的发射光谱范围。

5.根据权利要求1所述的一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统，其特征在于，所述传感光纤是空心光纤，侧面所开的孔的孔径小于100nm。

6.根据权利要求1所述的一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统，其特征在于，所述探测光源是宽谱光源，谱宽大于20nm。

7.根据权利要求1所述的一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统，其特征在于，所述探测光源的中心波长与所述激光光源的中心波长相差超过50nm。

8.根据权利要求1所述的一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统，其特征在于，所述光纤耦合器的光耦合比为50:50。

9.根据权利要求1所述的一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统，其特征在于，所述高速光谱仪的工作波长范围被所述探测光源的发射光谱范围覆盖。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统的方法，其特征在于，所述激光光源发射的激光入射到传感通道的传感光纤，经反射后再次入射到传感光纤，利用双程吸收对光声信号进行增强，传感光纤中的待测气体吸收激光能量后产生光声信号使传感光纤的长度产生周期性变化；信号采集与处理模块采集高速光谱仪的光谱信号后计算参考通道和传感通道的光程差，根据光程差的变化得出传感光纤中光声信号的幅度，根据光声信号幅度与油中溶解气体的浓度对应关系得出油中溶解气体的浓度。