基于光聲光譜原理的油中氣體監(jiān)測系統(tǒng)設計.pdf

1、光聲光譜檢測技術因其靈敏度高、指向性好、響應速度快等特點成為一種理想的多組分氣體檢測研究方向。然而其諧振工作形式存在諧振條件要求苛刻，難以批量化生產(chǎn)，難以適應工業(yè)現(xiàn)場使用環(huán)境等問題；另一方面，其非諧振工作形式存在原始信號頻率過低，幅值微弱，需求檢測范圍過大等問題，嚴重影響了光聲光譜檢測技術在工程實際中的應用。本研究工作主要針對非諧振狀態(tài)，開展以下工作。
　　基于非諧振式光聲光譜檢測技術研制了一套變壓器油中氣體監(jiān)測系統(tǒng)，采用電調(diào)制的

2、紅外光源，分別透過六片高透射率窄帶濾光片濾出對應氣體特征吸收波長，進入處于非諧振工作狀態(tài)的定制光聲池與混合氣體發(fā)生光聲效應，所得光聲信號由高靈敏度壓力場微聲傳感器采集，經(jīng)過信號處理電路得到對應氣體濃度檢測數(shù)據(jù)。
　　設計實現(xiàn)了一種非諧振工作狀態(tài)光聲池。通過COMSOL Multiphysics多物理場有限元分析軟件的仿真分析，驗證了諧振工作狀態(tài)對于調(diào)制頻率變化的敏感性，說明了其應用于工業(yè)現(xiàn)場的困難問題；同時驗證了緩沖室對于光聲信號

3、的規(guī)整作用，并且緩沖室能夠緩解一定的相干噪聲問題。由此得出光聲池結構的設計方案，在保留緩沖室與確保傳聲器安裝尺寸的前提下盡量壓縮池體積，并給出光聲池的結構設計與裝配方案。
　　設計實現(xiàn)了對應系統(tǒng)需求的微弱信號測量采集電路，該電路包含接收放大電路與采集處理與控制兩部分，針對系統(tǒng)需采集信號的低頻、微弱和范圍大三項難點，在電路中引入鎖相放大器、24位高精度Sigma-delta-ADC、超低噪聲零漂移運放以及板間差分傳輸?shù)仍O計方案。