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【成果介绍】

光声光谱（PAS）技术是一种应用广泛的激光吸收光谱技术，其基本原理是：气体分子吸收特定波长的激光能量后，从基态跃迁到激发态，激发态的分子通过无辐射跃迁的形式回到基态的过程中会释放出热能，导致气体局部温度的升高，从而使气体受热膨胀。当激光被周期性地调制时，气体体积也会周期性变化，从而使气体的压强也周期性变化，进而产生声波，通过探测声波的大小，就能反演出气体的浓度信息。

高精度光声光谱检测仪是基于光声光谱技术研发的用于多组分气体化学成分在线监测和离线检测的高端通用仪器，具有检测精度高、多组分同时测量、无需载气、高稳定和易维护等优点，已逐步取代传统光学气体检测方法，是环保、电力、石化、核能等行业安全生产的重要保障。例如，在电力行业中，对变压器油中多组分气体浓度的检测可以识别变压器系统的故障类型。

【痛点问题】

目前所使用的在线式色谱分析系统都是采用气相色谱技术原理，即将实验室仪器简单地进行小型化改造，从个别站内已装配的在线式气相色谱分析系统的实测情况来看，主要有如下几个缺点：

（1）每套系统均需要对色谱柱、标气、载气等定期更换维护校准，运行维护量巨大，长期运行费用高；

（2）气相色谱技术管路相对复杂、核心组件多，仪器长期运行的稳定性和可靠性不够。  

而光声光谱在线式油中溶解气体分析系统能有效的避免以上不足，能大大提升变压器在线智能监测水平，为电网公司创造巨大的直接经济效益。但目前高精度光声光谱检测仪被少数国外公司所垄断，例如，我国500kV以上及特高压站内均只能采用国外进口设备。因此，此方面技术产品严重制约了我国相关行业的发展，面临着直接被“卡脖子”风险。

针对我国电力、石化等行业气体化学成分检测的迫切需求，打破国外对高精度光声光谱检测仪的垄断，以电力设备光声光谱气体在线监测及带电检测、石化行业光声光谱气体分析与环境监测为应用背景，研制了高效率、高灵敏、快响应、质量稳定可靠的高精度光声光谱检测仪，实现了其对电力、石化等行业领域气体化学成分的在线监测与离线检测，并开展工程化开发、应用示范和产业化推广。

【解决方案】

本成果围绕高效率光生声波、高灵敏光声探测和快响应光声光谱分析三个重大科学技术问题，重点突破了基于有效谱增强的宽谱可调红外光源、集成式精密复合结构光声池、基于光学麦克风探测的微弱信号提取、基于深度学习模式识别的光声光谱分析与故障识别四项关键技术。开发了满足仪器国产化需要的红外光源、光声池、光声探测器等核心部件及相关分析软件和数据库，核心部件全部自主可控，相关检测指标达到国际一流水平。经专业机构评估，技术成熟度已达到8级。

【技术指标】

满足国家电网公司企业标准：《QGDW 10536-2021-变压器油中溶解气体在线监测装置技术规范》之“*** 多组分在线监测装置”，监测变压器油中溶解气体组分7 种及以上的监测装置，监测量应包括氢气（H₂）、甲烷(CH₄)、乙烯(C₂H₄)、乙烷(C₂H₆)、乙炔(C₂H₂)、一氧化碳(CO)和二氧化碳（CO₂)等主要特征气体。

【应用场景】

1、电力行业：变压器油中气体检测、SF₆分解物检测

2、环保行业：大气污染气体监测、温室气体监测

3、石化行业：有毒有害、易燃易爆等气体泄露检测

4、煤矿行业：危险气体浓度监测预警

【市场前景】

在传统变电站中，只有少数变压器安装了状态在线监测装置。而在智能变电站领域，不光是变压器，GIS、断路器、隔离开关等主要一次设备都需要安装在线监测设备。

1、2020年之后在线监测系统的市场预测

到2020年全国共有110kV以上变电站将超过40000座，还有超过80%的变电站没有智能化改造。同时国家电网公司已经发文：要求变电站的检修由传统的“小病大治、无病也治”的一刀切的周期性检修全面过渡到基于设备运行状态的状态检修。如果考虑到全国大量的中低压配电变电站，其检测仪器的市场容量将更加巨大。

2、发电领域及其他大型工业用户市场

上述的市场分析，都还只是局限于国家电网公司和南方电网公司，实际上有电力设备就需要状态监测技术，如：核电机组和风电机组等发电领域；石油石化、铁路（高铁）、钢铝行业等关键工业领域。总之，除了电网公司巨大的市场外，其他关键工业行业也存在巨大的对电力设备状态监测产品的潜在需求。当国家电网公司的状态监测产品和技术成熟后，工业用户的市场需求将被极大地激发。此外，环境监测、煤矿安全等领域的用户市场也十分巨大。

【知识产权】

该成果已申请多项中国发明专利，下表是部分展示：  

【合作方式】

技术开发、技术服务、技术许可、面谈等。