本发明涉及电气设备在线监测与故障诊断领域，具体涉及一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统。
背景技术：
1、大型油浸式电力变压器是电力系统中重要的枢纽设备，担负着不同电压等级的变换和电能的传输等任务，其安全稳定运行是避免电网发生重大突发性事故、维护国民经济平稳发展的重要先决条件。在变压器实际运行过程中，受电、热、机械应力等多因素的共同作用，油纸绝缘系统会逐渐发生分解，产生反映设备内部故障性质和绝缘性能的特征气体，主要为氢气(h2)、甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)、乙烯(c2h4)、乙炔(c2h2)、一氧化碳(co)、二氧化碳(co2)等。准确检测油中溶解的微量故障特征气体含量对分析早期潜伏性故障、保障变压器安全可靠运行具有重要意义。
2、目前，检测油中溶解气体的方法主要为气相色谱法，其灵敏度较高且稳定性较好，但气相色谱法存在色谱柱易老化导致性能退化的问题，需要定期校准和更换色谱柱，不利于气体的长期在线监测。近年来，随着学科之间是交叉融合，基于光学传感原理的变压器油中溶解气体检测技术逐渐受到研究人员的关注，主要有吸收光谱法、光声光谱法、光热干涉法、拉曼光谱法等。在这些方法中，光热干涉法具有灵敏度高、抗干扰能力强、响应速度快等优点，在油中溶解气体检测领域具有广阔的应用前景。
3、到目前为止，大多数光热干涉的研究工作都是用单频激光针对一种气体进行的。然而，在许多特定应用中，针对单一气体不能全面监测运行设备的健康状态，需要传感器同时检测多种气体。因此有必要提出一种基于光热干涉技术，能够同时实现变压器油中溶解多组分气体浓度检测的系统。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：针对目前存在的上述问题，提供了一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，
2、本发明的技术方案如下：
3、一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，包括：
4、至少两个泵浦源激光器，发射泵浦光经光纤放大器到波分复用器；
5、至少两个光纤放大器，放大经过的泵浦光；
6、探测光激光器，发射探测光到波分复用器；
7、至少两个波分复用器，将接收到的泵浦光及探测光组合输送到空芯反谐振光纤；
8、空芯反谐振光纤，经油气分离膜修饰并打孔，泵浦光与分离后的特征气体分子相互作用产生光热效应后由探测光携带光热信号输送至光环行器；
9、光环行器，接收携带光热信号的探测光，并输送至滤波器；
10、滤波器，接收携带光热信号的探测光，过滤残余的泵浦光，将过滤后的探测光输送至光电探测器；
11、光电探测器，接收探测光，将探测光携带的光热信号转化为电信号；
12、数据采集卡及计算机，数据采集卡采集电信号后由计算机进行信号处理和其他浓度计算，得到气体浓度。
13、进一步的，所述空芯反谐振光纤长度大于等于1m，空芯反谐振光纤的两端均与单模光纤熔融连接；空芯反谐振光纤的表面为电子束加工有尺寸小于等于3μm的微通道，相邻两微通道的间距小于等于3cm；空芯反谐振光纤内置于变压器油箱中，空芯反谐振光纤的表面还涂覆有使油中溶解气体扩散至光纤中的油气分离膜。
14、进一步的，所述空芯反谐振光纤以单层盘状绕制，弯曲半径小于等于15cm。
15、进一步的，所述光纤放大器输入光功率范围为-20～10dbm，放大后泵浦光功率大于等于23dbm。
16、进一步的，所述泵浦源激光器为波长可调谐的分布式反馈激光器，波长可调谐的范围大于0.5nm。
17、进一步的，所述泵浦源激光器、光纤放大器、波分复用器的数量与待测气体的种类相同。
18、进一步的，所述泵浦源激光器的输出波长位于特征气体吸收谱线最强处，利用控制器对泵浦激光进行2f-wms波长调制；探测光激光器输出波长位于特征气体吸收谱线最弱处以减少探测光激发气体光热效应。
19、进一步的，所述滤波器的带宽小于等于3nm，插入损耗小于等于3db。
20、进一步的，所述数据采集卡采集9khz～50khz的干涉信号并传输至计算机中，在计算机中使用相位解调算法反演气体浓度。
21、进一步的，所述波分复用器的耦合比为50:50。
22、与现有的技术相比本发明的有益效果是：
23、1、一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，可实现多组分气体同时检测。根据不同特征气体的特征吸收谱线不同的特定，结合光热干涉和波分复用技术，通过波分复用器组合多个泵浦光和探测光同时作用于光纤中的特征气体，有效避免了多种故障特征气体交叉敏感的问题，无需分离混合气体，可实现对多组分气体的同时检测；
24、2、一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，检测实时性好。本发明中光纤传感元件具有体积小、绝缘性好、抗电磁干扰强等优点，能够内置于变压器油箱中对故障特征气体直接进行检测，提高了检测的实时性；
25、3、一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，检测灵敏高。本发明使用模场直径仅为μm大小的空芯反谐振光纤，在长光程上以极小的体积产生强激光-分子相互作用，光热效应显著增强；采用光热干涉结构将气体含量信息转换为探测光相位信息，可以有效提高检测灵敏度，实现ppm量级的变压器油中溶解多组分气体的原位检测。
1.一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，所述空芯反谐振光纤长度大于等于1m，空芯反谐振光纤的两端均与单模光纤熔融连接；空芯反谐振光纤的表面为电子束加工有尺寸小于等于3μm的微通道，相邻两微通道的间距小于等于3cm；空芯反谐振光纤内置于变压器油箱中，空芯反谐振光纤的表面还涂覆有使油中溶解气体扩散至光纤中的油气分离膜。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，所述空芯反谐振光纤以单层盘状绕制，弯曲半径小于等于15cm。
4.根据权利要求1所述的一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，所述光纤放大器输入光功率范围为-20～10dbm，放大后泵浦光功率大于等于23dbm。
5.根据权利要求1所述的一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，所述泵浦源激光器为波长可调谐的分布式反馈激光器，波长可调谐的范围大于0.5nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，所述泵浦源激光器、光纤放大器、波分复用器的数量与待测气体的种类相同。
7.根据权利要求1所述的一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，所述泵浦源激光器的输出波长位于特征气体吸收谱线最强处，利用控制器对泵浦激光进行2f-wms波长调制；探测光激光器输出波长位于特征气体吸收谱线最弱处以减少探测光激发气体光热效应。
8.根据权利要求1所述的一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，所述滤波器的带宽小于等于3nm，插入损耗小于等于3db。
9.根据权利要求1所述的一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，所述数据采集卡采集9khz～50khz的干涉信号并传输至计算机中，在计算机中使用相位解调算法反演气体浓度。
10.根据权利要求1所述的一种基于光热干涉和波分复用的变压器油中多种特征气体检测系统，其特征在于，所述波分复用器的耦合比为50:50。
