高精度光声光谱检测仪
成果类型:: 发明专利
发布时间: 2022-03-15 16:44:39
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。
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。
1、本发明提供的汇聚型反射罩结构简单,易加工,内表面镀金处理,可提高反射率。反射罩依照系统具体结构设计参数,在保持较佳光束准直的条件下可优化汇聚效果。将宽谱光源放置于左焦点时,可以有效将光线汇聚于光声池后窗中心,使得光束整体空间分布合理,提升射入光声池的光束功率,降低接触到光声池内壁上的光束比例,减小因池壁吸收导致的同频噪声,提高系统信噪比和灵敏度。
2、本发明放大型光声池的放大比例与反射罩的形状参数相匹配,在保证由于体积放大导致光声声压下降尽量小的情况下,最大程度地降低光束打到光声池内壁上的光线分布和比例,减小池壁吸收光引起的同频噪声,提高系统信噪比和检测限。
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
项目总体组副组长、项目负责人为华中科技大学鲁平教授,项目拟重点突破高效率光生声波、高灵敏光声探测和快响应光声光谱分析等技术,形成具有自主知识产权、功能健全、质量稳定可靠的高精度光声光谱检测仪。方圆环保和项目参与单位将攻克核心技术难关,打破进口品牌的技术壁垒和市场垄断,开发具有自主知识产权、功能健全、质量稳定可靠的国产化高精度光声光谱检测仪。该项目的顺利实施,将更加有效地保障国家电网可靠、有序、安全运行,进一步提高我国环境监测管理水平以及石化行业污染源监测水平。
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。
技术入股、技术支持、技术转让、技术服务、合作开发、作价入股等多种转化方式均可详谈。