紅外成像探測SF6氣體原理和設(shè)計

1.介紹

由于Sulfur Hexafluoride（SF6）氣體優(yōu)良的絕緣性能和滅弧性能，相應(yīng)的SF6應(yīng)用產(chǎn)品的可靠性高，檢修工作量少，周期長等與傳統(tǒng)手段相比具有不可比擬的優(yōu)點(diǎn)，使得SF6應(yīng)用日益廣泛。伴隨著SF6大量的使用，SF6泄漏問題也開始顯露。傳統(tǒng)的檢測方法因?yàn)椴荒茉诰€檢測、不能快速查找泄漏源等缺點(diǎn)，已不滿足應(yīng)用要求。

激光紅外成像探測技術(shù)起源于軍用化學(xué)氣體研究，這種被證實(shí)可用的方法的出現(xiàn)得益于紅外傅立葉變換 (FTIR)技術(shù)近40多年來的發(fā)展,后來由美國電力科學(xué)研究院首先應(yīng)用于變電站作ＳＦ６氣體泄漏探測［1］。目前在國外已經(jīng)有產(chǎn)品并有相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，國內(nèi)在十幾年前開始引進(jìn)使用和研究，目前上海交大、山東大學(xué)、中科院等機(jī)構(gòu)已經(jīng)開發(fā)出產(chǎn)品，并進(jìn)入到測試階段。

2.原理分析

該系統(tǒng)主要由CO2激光器、紅外探測器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和顯示設(shè)備組成。

圖1：激光紅外探測原理示意圖片

工作原理是CO2激光入射到被檢測區(qū)域的物體上，并在物體表面上反射，反射光是沿著原來的光路，重新返回到檢測設(shè)備處。由于被測氣體與背景有不同的吸收率（反射率），被反射回探測器的光子數(shù)量不同，返回的數(shù)據(jù)被處理后，通過顯示設(shè)備成像。當(dāng)不存在SF6氣體泄漏時，返回的紅外能量是背景反射的能量，顯示設(shè)備上能看到目標(biāo)區(qū)域紅外成像圖，當(dāng)檢測區(qū)域存在SF6 氣體泄漏時，由于SF6 氣體對紅外光線具有強(qiáng)烈吸收作用，所以此時反射到檢測設(shè)備的紅外光線能量會急劇地減弱，SF6氣體在顯示設(shè)備上顯示為黑色煙，并且隨著氣體濃度變化，黑度也不同。

選擇CO2激光器作為光源是因?yàn)镃O2輸出譜線能被SF6有效吸收，CO2分子的激光能級圖如圖2所示，CO2分子可能產(chǎn)生的躍遷很多，但其中最強(qiáng)的有兩條，一條波長在10.6μm，另一條波長約為9.6μm。

圖2. CO2激光分子能級圖