一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置及方法与流程

本发明涉及气体检测，特别涉及一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置及方法。

背景技术：

1、地下空间建筑多数为狭长受限空间，电缆多布置于狭长受限空间中，随着城镇化，信息化的进程不断加快，电缆已经成为不可或缺的工业产品之一，在其为人们的生活带来便利的同时，也会因为短路、电弧、接触不良、过载等原因酿成火灾事故。由于电缆大部分使用的材料为聚氯乙烯等高分子化合物，在电缆起火燃烧情况下，会分解释放出co等有毒气体，不仅会对环境造成污染，还会危及到现场工作人员的人身安全。因此，实现对燃烧分解有毒气体的在线监测，将为电缆火灾的预防和控制提供一种可行的方案。

2、传统的气体检测装置大多为电化学传感器，通过被测气体进入传感器，在其内部发生电化学反应，从而把被测气浓度含量转化为电流(或电压)信号输出。但是，传统的电化学检测法也存在一定的缺点，例如检测过程受温度变化的影响；作用时间较长，反应较慢，不能及时地对电缆火灾进行预警。光声光谱技术通过检测激光诱导待测气体所产生的声信号实现气体种类和浓度的精确检测，检测过程对样品气体没有污染，不改变气体性质，可在线循环取样，同时不需要消耗载气和标气，仪器维护量少，为co等有毒气体的在线监测提供了一种新思路。在光声光谱检测中，光声信号由调制光源激发，通过对光声信号进行反演处理，实现对气体浓度的检测并量化。此外，光声信号在现场检测的过程中，由于现场分解气体浓度较低或环境非相关噪声影响，可能会出现信号采集不到或失真等现象，不利于燃烧分解组分的实时监测。

3、鉴于此，需要一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置及方法。

技术实现思路

1、针对现有技术中现场分解气体浓度较低或环境非相关噪声影响，可能会出现信号采集不到或失真等现象，不利于燃烧分解组分的实时监测的问题，本发明提供了一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置及方法，不仅能克服环境对检测精度的影响，并且反应迅速，为电缆热分解气体的在线监测提供了一种新的方案。具体技术方案如下：

2、一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置，包括现场分解气体采集装置、计算机、激光器和光声池；所述激光器与所述光声池连接，所述光声池上设有进气口，且所述现场分解气体采集装置通过所述进气口与所述光声池连接，所述光声池上还设有声传感器，所述声传感器与所述计算机连接；所述现场分解气体采集装置从电缆燃烧现场采集气体样本；所述激光器用于发出特定波长的激光，所述光声池用于承载待测气体，使激光器光束可射入池体内产生光声效应；所述声传感器用于采集激光器作用于待测气体时产生的光声信号；所述计算机用于获取输出信号，进行数据整理及分析。

3、优选的，还包括激光驱动器，所述激光驱动器与所述激光器连接，用于驱动激光器，且所述激光驱动器还与所述计算机连接，所述激光驱动其由所述计算机驱动。

4、优选的，所述光声池上还设有出气口，所述出气口与尾气采集装置连接，所述尾气采集装置用于收集检测后的气体样。

5、优选的，所述出气口与所述尾气采集装置之间设有电磁阀。

6、优选的，所述进气口与所述现场分解气体采集装置之间设有电磁阀。

7、优选的，所述声传感器与所述计算机之间还连接有锁相放大器，所述锁相放大器的输入端与所述声传感器连接，所述锁相放大器的输出端与所述计算机连接，所述锁相放大器用于隔离非相关噪声信号，进一步放大及提取被测气体的光声信号。

8、优选的，所述激光器与所述光声池之间通过光纤连接，切所述光声池内设有全反射增强型共振管，所述全反射增强型共振管用于增强待测气体与激光作用后产生的光声信号。

9、一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测方法，应用于如上所述的装置，包括以下步骤：

10、打开激光器驱动等控制模块，通过驱动模块为激光器调节输出波形；

11、开启进出气口出的电磁阀，通入待测气体，检测后尾气通过出气口由废气回收袋回收处理；

12、待激光与待测气体发生作用后，通过锁相放大器的滤波放大功能获取光声信号；

13、获取高频特征信号后，通过数据传输线将信号传输至计算机进行数据反演处理及分析，进而得知待测气体浓度。

14、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上所述的基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测方法。

15、一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行如上所述的基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测方法。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、本发明包括现场分解气体采集装置、计算机、激光器和光声池。其中，所述现场分解气体采集装置从电缆燃烧现场采集气体样本；所述激光器用于发出特定波长的激光，所述光声池用于承载待测气体，使激光器光束可射入池体内产生光声效应；所述声传感器用于采集激光器作用于待测气体时产生的光声信号；所述计算机用于获取输出信号，进行数据整理及分析。相对于传统的光声光谱气体检测装置，本发明的结构更为紧凑易于校准，采样更迅速且灵敏度更高，检测只需几秒到十几秒钟，有利于实时气体监控。同时，利用全反射增强型共振管实现了现场微弱检测信号的增强放大，避免了现场分解气体浓度较低或环境非相关噪声影响对检测造成的影响，进一步提升装置的检测精度，达到精确测量co等有毒气体浓度的目的。

技术特征：

1.一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置，其特征在于，包括现场分解气体采集装置(6)、计算机(7)、激光器(8)和光声池(11)；所述激光器(8)与所述光声池(11)连接，所述光声池(11)上设有进气口(9)，且所述现场分解气体采集装置(6)通过所述进气口(9)与所述光声池(11)连接，所述光声池(11)上还设有声传感器(5)，所述声传感器(5)与所述计算机(7)连接，所述激光器(8)与所述光声池(11)之间还设有用于控制光纤单向输出特征频率光声信号的准直器(4)；所述现场分解气体采集装置(6)从电缆燃烧现场采集气体样本；所述激光器(8)用于发出特定波长的激光，所述光声池(11)用于承载待测气体，使激光器(8)光束可射入池体内产生光声效应；所述声传感器(5)用于采集激光器(8)作用于待测气体时产生的光声信号；所述计算机(7)用于获取输出信号，进行数据整理及分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置，其特征在于，还包括激光驱动器(1)，所述激光驱动器(1)与所述激光器(8)连接，用于驱动激光器(8)，且所述激光驱动器(1)还与所述计算机(7)连接，所述激光驱动其由所述计算机(7)驱动。

3.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置，其特征在于，所述光声池(11)上还设有出气口(12)，所述出气口(12)与尾气采集装置(14)连接，所述尾气采集装置(14)用于收集检测后的气体样。

4.根据权利要求3所述的一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置，其特征在于，所述出气口(12)与所述尾气采集装置(14)之间设有电磁阀(13)。

5.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置，其特征在于，所述进气口(9)与所述现场分解气体采集装置(6)之间设有电磁阀(13)。

6.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置，其特征在于，所述声传感器(5)与所述计算机(7)之间还连接有锁相放大器(15)，所述锁相放大器(15)的输入端与所述声传感器(5)连接，所述锁相放大器(15)的输出端与所述计算机(7)连接，所述锁相放大器(15)用于隔离非相关噪声信号，进一步放大及提取被测气体的光声信号。

7.根据权利要求1所述的一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置，其特征在于，所述激光器(8)与所述光声池(11)之间通过光纤(3)连接，切所述光声池(11)内设有全反射增强型共振管(10)，所述全反射增强型共振管(10)用于增强待测气体与激光作用后产生的光声信号。

8.一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测方法，其特征在于，应用于权利要求1至7任一所述的装置，包括以下步骤：

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求8所述的基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测方法。

10.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行权利要求8所述的基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测方法。

技术总结本发明公开了一种基于光声光谱的电缆燃烧分解气体检测装置及方法，涉及气体检测技术领域，解决了出现信号采集不到或失真等现象时不利于燃烧分解组分的实时监测的问题。本发明包括现场分解气体采集装置、计算机、激光器和光声池。基于此，激光器发出特定波长的激光，而后激光器光束射入光声池体内产生光声效应，再由计算机进行数据整理及分析。相对于传统的光声光谱气体检测装置，本发明的结构更为紧凑易于校准，采样更迅速且灵敏度更高，检测更短，有利于实时气体监控。同时，利用全反射增强型共振管实现了现场微弱检测信号的增强放大，避免了现场分解气体浓度较低或环境非相关噪声影响对检测造成的影响，进一步提升装置的检测精度。技术研发人员：王珂,陈弋,刘英龙,李显旺,龚兴,郭剑,卢炳轴,黄志都,卢胜标,石峰浪,张攀,陆晨,程忠坤,林家鑫,罗增东,宾俊吉受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司南宁供电局技术研发日：技术公布日：2024/11/4