红外成像探测SF6气体原理和设计

1.介绍

由于Sulfur Hexafluoride（SF6）气体优良的绝缘性能和灭弧性能，相应的SF6应用产品的可靠性高，检修工作量少，周期长等与传统手段相比具有不可比拟的优点，使得SF6应用日益广泛。伴随着SF6大量的使用，SF6泄漏问题也开始显露。传统的检测方法因为不能在线检测、不能快速查找泄漏源等缺点，已不满足应用要求。

激光红外成像探测技术起源于军用化学气体研究，这种被证实可用的方法的出现得益于红外傅立叶变换 (FTIR)技术近40多年来的发展,后来由美国电力科学研究院首先应用于变电站作ＳＦ６气体泄漏探测［1］。目前在国外已经有产品并有相当规模的应用，国内在十几年前开始引进使用和研究，目前上海交大、山东大学、中科院等机构已经开发出产品，并进入到测试阶段。

2.原理分析

该系统主要由CO2激光器、红外探测器、数据处理系统和显示设备组成。

图1：激光红外探测原理示意图片

工作原理是CO2激光入射到被检测区域的物体上，并在物体表面上反射，反射光是沿着原来的光路，重新返回到检测设备处。由于被测气体与背景有不同的吸收率（反射率），被反射回探测器的光子数量不同，返回的数据被处理后，通过显示设备成像。当不存在SF6气体泄漏时，返回的红外能量是背景反射的能量，显示设备上能看到目标区域红外成像图，当检测区域存在SF6 气体泄漏时，由于SF6 气体对红外光线具有强烈吸收作用，所以此时反射到检测设备的红外光线能量会急剧地减弱，SF6气体在显示设备上显示为黑色烟，并且随着气体浓度变化，黑度也不同。

选择CO2激光器作为光源是因为CO2输出谱线能被SF6有效吸收，CO2分子的激光能级图如图2所示，CO2分子可能产生的跃迁很多，但其中最强的有两条，一条波长在10.6μm，另一条波长约为9.6μm。

图2. CO2激光分子能级图