基于光声光谱优化的变压器油中溶解乙炔(C2H2)高精度检测技术研究

本文推荐一种优化光声光谱（PA）技术，通过设计谐振腔（直径0.6 cm/长度10 cm）延长吸收路径，结合双波长（中红外/近红外）检测与交叉干扰校正算法，实现变压器油中溶解乙炔(C2H2)的宽浓度范围（0.05 ppm@4s）高精度监测，解决了传统单波长检测灵敏度与量程矛盾的问题，为电力设备故障预警提供新方案。

　　

Highlight

光声光谱（PA）技术通过检测气体吸收调制光源产生的声信号来定量浓度。当光声池内气体分子受调制光激发时，会形成热密度源H(r,t)。若忽略池壁热传导损耗，声压p(r,t)方程可描述为...

声学谐振腔设计优化

为分析激发方式影响，我们对比了三种光束路径：（a）直接穿透光声池；（b）经窗口入射后由镀金镜单次反射；（c）通过棱镜反射至镀金镜形成多程光路。方案（c）显著提升吸收路径长度，同时保持腔体紧凑（总长15 cm，缓冲室直径2.5 cm）。

校准曲线

使用高精度混气装置配制60 μL/L C₂H₂标准气体（N₂平衡），通过二次谐波解调建立浓度-信号关系。实验表明，双波长策略中1530 nm激光负责低浓度（<1 ppm），1570 nm负责高浓度，动态范围扩展至0.05-100 ppm。

结论

本研究通过光声池结构创新（多程反射设计）、双波长协同检测及非线性干扰校正算法，实现了变压器油中C₂H₂的超灵敏监测，检测限达0.05 ppm，较行业A级标准（0.5 μL/L）提升10倍，为电力设备隐形故障早期诊断提供关键技术支撑。