絕緣油中微量乙炔乙烷氣體檢測(cè)

【摘要】：通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控絕緣油中微量特征氣體的含量，可以對(duì)變壓器進(jìn)行早期診斷，以便維護(hù)大型電氣設(shè)備安全運(yùn)行，預(yù)防災(zāi)難性事故的發(fā)生。而乙炔乙烷氣體為絕緣油中重要特征含量氣體，因此檢測(cè)兩者濃度對(duì)表征變壓器故障類型具有十分重要的意義。論文工作從中紅外吸收光譜法的原理及其檢測(cè)特點(diǎn)、氣體光聲光譜分析原理、光聲氣室的設(shè)計(jì)及仿真模型的理論基礎(chǔ)出發(fā)，從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面深入討論了光聲氣室的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的關(guān)鍵問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比給出分析結(jié)果，提出改進(jìn)傳感單元以提高系統(tǒng)靈敏度的設(shè)計(jì)方案。 論文在闡述和對(duì)比中紅外吸收光譜法和光聲光譜技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析光聲氣室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾種通用理論模型，針對(duì)一維縱向共振型光聲氣室，建立了基于四端網(wǎng)絡(luò)法的傳感單元模型。通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，確定了緩沖室的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)原則，并研究了溫度對(duì)光聲特性的影響。 為了尋求進(jìn)一步分析不規(guī)則形狀光聲氣室的有效手段，論文采用數(shù)值分析方法—有限元COMSOL軟件分別對(duì)啞鈴狀光聲氣室和π型光聲氣室進(jìn)行仿真計(jì)算，驗(yàn)證了所建立模型及其分析結(jié)果的正確性，為利用有限元方法對(duì)不規(guī)則形狀光聲氣室建模和提高分析精度打下基礎(chǔ)。 論文設(shè)計(jì)并搭建基于DFB-LD的乙炔光聲光譜檢測(cè)平臺(tái)，對(duì)混合氣體中的乙炔標(biāo)準(zhǔn)氣體進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度優(yōu)于1ppm；在使用混合氣體測(cè)試時(shí)，能排除其他氣體的干擾，穩(wěn)定性良好；同時(shí)在實(shí)驗(yàn)中分析了氣室?guī)缀螀?shù)及外界溫度對(duì)光聲特性影響，并將實(shí)驗(yàn)和前文所做仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，氣室?guī)缀螀?shù)平均誤差為1.1%，溫度影響平均誤差為1.3%。 為解決中紅外3-5微米波段DFB-LD缺乏的難題，論文設(shè)計(jì)了帶有中紅外光學(xué)整形系統(tǒng)的氣室，搭建基于MIR-LED的乙烷氣體吸收檢測(cè)系統(tǒng)，提出差分改進(jìn)方案，經(jīng)優(yōu)化后檢測(cè)靈敏度達(dá)70ppm。在現(xiàn)有吸收氣室的結(jié)構(gòu)之上，設(shè)計(jì)了基于MIR-LED的π型光聲氣室，理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了MIR-LED光聲光譜乙烷檢測(cè)可行性，并對(duì)系統(tǒng)誤差的主要來(lái)源進(jìn)行了分析，提出可能的解決方案。 【關(guān)鍵詞】：光聲光譜 氣室 四端網(wǎng)絡(luò) 乙炔 乙烷
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：O659
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第一章 緒論9-14
• 1.1 絕緣油中微量特征氣體的檢測(cè)9-10
• 1.2 微量氣體光學(xué)檢測(cè)法的核心技術(shù)10-13
• 1.2.1 微量氣體檢測(cè)的光聲光譜法10-12
• 1.2.2 中紅外吸收光譜法在微量氣體檢測(cè)中的應(yīng)用與困難12-13
• 1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容13-14
• 第二章 微量乙炔乙烷氣體分析原理與方法14-37
• 2.1 中紅外吸收光譜法的基礎(chǔ)理論14-19
• 2.1.1 中紅外光譜產(chǎn)生條件14-15
• 2.1.2 朗伯比爾定律15-16
• 2.1.3 氣體分子吸收譜線16-19
• 2.2 中紅外微量氣體檢測(cè)方法的特點(diǎn)19-21
• 2.3 氣體的光聲光譜分析原理21-24
• 2.3.1 氣體光聲信號(hào)產(chǎn)生機(jī)理21-23
• 2.3.2 氣體光聲檢測(cè)技術(shù)23-24
• 2.4 實(shí)用氣體光聲氣室設(shè)計(jì)理論24-29
• 2.4.1 光聲氣室設(shè)計(jì)原則24-25
• 2.4.2 一維縱向共振光聲氣室結(jié)構(gòu)及其幾何參數(shù)25-26
• 2.4.3 一維縱向光聲氣室四端網(wǎng)絡(luò)仿真模型26-29
• 2.5 氣體光聲氣室有限元模擬29-36
• 2.6 小結(jié)36-37
• 第三章 絕緣油中微量乙炔氣體檢測(cè)系統(tǒng)與測(cè)試結(jié)果37-56
• 3.1 一維縱向光聲氣室的四端網(wǎng)絡(luò)模型仿真計(jì)算37-42
• 3.1.1 光聲氣室聲學(xué)特性的計(jì)算結(jié)果37-38
• 3.1.2 光聲氣室的幾何參數(shù)對(duì)聲壓幅值的影響38-42
• 3.2 乙炔氣體的光聲光譜檢測(cè)平臺(tái)42-46
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)與搭建42-44
• 3.2.2 光聲光譜信號(hào)處理44-46
• 3.3 乙炔氣體的光聲光譜檢測(cè)系統(tǒng)性能分析46-55
• 3.3.1 DFB‐LD 穩(wěn)定性分析46-48
• 3.3.2 系統(tǒng)的乙炔氣體檢測(cè)靈敏度48-50
• 3.3.3 緩沖室?guī)缀螀?shù)對(duì)光聲性能的影響50-54
• 3.3.4 外界溫度對(duì)光聲性能的影響54-55
• 3.4 小結(jié)55-56
• 第四章 微量乙烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試結(jié)果56-69
• 4.1 中紅外吸收法乙烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)的性能分析56-63
• 4.1.1 吸收法檢測(cè)系統(tǒng)框圖56-60
• 4.1.2 中紅外 LED 光源的穩(wěn)定性分析60
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論60-62
• 4.1.4 乙烷氣體差分吸收62-63
• 4.2 中紅外光聲氣室性能的仿真計(jì)算結(jié)果63-65
• 4.3 中紅外 LED 光聲光譜乙烷氣體檢測(cè)系統(tǒng)的性能65-68
• 4.3.1 中紅外 LED 光聲光譜檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)65-66
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析66-68
• 4.4 小結(jié)68-69
• 第五章 總結(jié)與展望69-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 致謝74-75
• 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文75

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