(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202122837314.5 (22)申请日 2021.11.18 (73)专利权人 国网安徽省电力有限公司电力科 学研究院 地址 230000 安徽省合肥市经济开发区紫 云路299号 专利权人 大连理工大 学 (72)发明人 马凤翔　陈珂　赵跃　李辰溪　 赵新瑜　刘子恩　朱峰　杭忱　 谢佳　袁小芳　程伟　 (74)专利代理 机构 合肥市浩智运专利代理事务 所(普通合伙) 34124 专利代理师 丁瑞瑞 (51)Int.Cl. G01N 21/17(2006.01)G01N 21/01(2006.01) (54)实用新型名称 一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传 感系统 (57)摘要 本实用新型公开了一种用 于油中溶解气体 检测的光纤光声传感系统， 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与高速光谱仪通信连 接； 本实用新型的优点在于： 能够直接测量油气 溶解气体， 且采用的传感光纤能够置于变压器这 类绝缘设备内部 。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 217033599 U 2022.07.22 CN 217033599 U 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、 发射宽谱光的探测光源、 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； 探测光源与光纤耦合器连接， 光纤耦合器的一条光输出路 径上设置传感通道和传感光纤， 高速光谱仪与光纤耦合器连接且位于传感通道的反射路径 上； 光纤耦合器的另一条光输出路径上设置参考通道， 高速光谱仪同时还位于参考通道的 反射路径上； 信号采集与处 理模块与高速光谱仪通信连接 。 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， 发射激光的激光光源、 波分 复用器、 传导光纤及传感光纤顺 序连接， 传感通道光纤反射镜设置在传感光纤的光信号输出路径上； 发射宽谱光的探测光 源与光纤耦合器连接， 波分复用器、 传导光纤、 传感光纤、 传感通道光纤反射镜依 次设置在 光纤耦合器的一条光输出路径上， 传感光纤、 传导光纤、 波分复用器、 光纤耦合器和高速光 谱仪依次位于传感通道光纤反射镜的反射路径上； 光纤耦合器的另一条光输出路径上依次 设置参考光纤和参考通道光纤反射镜， 参考光纤、 光纤耦合器和高速光谱仪依 次位于参考 通道光纤反射镜的反射路径上。 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10 0nm。 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5 0nm。 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5 0:50。 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， 所述信号采集与处 理模块为FPGA。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 217033599 U 2一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统 技术领域 [0001]本实用新型涉及高电压电气设备在线监测技术领域， 更具体涉及一种用于油中溶 解气体检测的光纤光声传感系统。 背景技术 [0002]浸油式电力变压器在运行过程中， 过热或者放电等故障使绝缘油分子裂解产生小 分子特征气体， 如甲烷、 乙烷、 乙烯和乙炔等。 对这些故障特征气体的分析中， 通常采用气相 色谱和光声光谱技术。 其中， 光声光谱技术因其具有灵敏度高、 免维护的特点， 正逐步替代 气相色谱法。 [0003]2003年， 英国Kelm an公司率先研制出基于黑体辐射 红外宽谱光源的光声光谱油中 溶解气体分析设备， 可对油中多种特征气 体进行在线监测。 然而， 高电压电气绝缘设备附近 的强电磁环境使得传统的光声光谱装置易受干扰， 影响了变压器油中溶解气 体浓度测量的 稳定性和可靠性。 此外， 需要利用油泵将油样抽入到 分析仪器中， 分析仪器内部复杂的油路 管道带来了变压器油溢出 的安全隐患。 光纤光声传感是一种新的微量气体检测技术， 其基 本原理是利用光纤声波传感器件检测气体 吸收产生的光声压力波信号， 具有抗电磁干扰、 远距离测量、 可分布传感等多诸多优点。 光声激发光和光声探测光均采用光纤传输， 实现了 光声探头的无源化和微型化。 文献Chen  Ke,Guo Min,Liu Shuai,et  al.Fiber ‑optic  photoacoustic  sensor for remote monitoring  of gas micro‑leakage[J].Optics   express,2019,27(4):4648 ‑4659报道了一种微型的光纤光声气体传感器， 激光通过光纤传 输到光声探头中， 扩散到探头中的目标气体 吸收激光能量产生光声信号。 然而该传感器无 法直接测量油气溶解气 体， 且该方案中采用的金属传感器无法置于变压器这类绝缘设备内 部。 实用新型内容 [0004]本实用新型所要解决的技术问题在于现有技术光纤光声传感器无法直接测量油 气溶解气体， 且 采用的金属传感器无法置 于变压器这类绝 缘设备内部的问题。 [0005]本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的： 一种用于油中溶解气体 检测的光纤光声传感系统， 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 理模块与高速光谱仪通信连接 。 [0006]本实用新型提供一种用于油中溶解气体检测的光纤光声传感系统， 将开孔的传感 光纤直接浸入变压器油中， 能够直接测量油气溶解气 体， 且采用的传感光纤并非导电材料， 能够置于变压器这类绝 缘设备内部 。说　明　书 1/4 页 3 CN 217033599 U 3