1. 研究目的与意义及国内外研究现状

六氟化硫常温常压下是一种无色、无味、无毒、不燃气体，化学稳定性强，因其具有优越的灭弧和绝缘的性能，被广泛应用于电力工业中，如高压、超高压系统中的断路器、气体绝缘开关设备、负荷开关设备、绝缘输电管线、变压器等。但是六氟化硫经过高压或放电作用下易分解，遇到空气中的氧气和水分发生化学反应，生成对固体绝缘材料和金属材料有强腐蚀性的物质，加速绝缘劣化，引起设备故障，并且对工作人员的身体健康造成危害。因此，确保电力设备安全运行成为了电力行业工作中的重中之重，检测SF6气体泄漏是电力行业中的一项重点工作。本课题旨在设计并实现一种小型化的六氟化硫气体泄漏检测传感器，其具有灵敏度高、稳定性好、使用寿命长等特点。这种传感器能实时检测电力设备中六氟化硫气体是否泄漏，确保电力设备安全运行，保障人员人身安全。

国内外研究现状

目前国内外对SF6气体浓度检测所采用的方法主要有：电化学法、电击穿法、红外光谱吸收法等。电化学法的工作原理是SF6气体接触到200℃左右高温的催化剂表面，并与之发生相应的化学反应，从而输出电信号，间接检测SF6气体浓度含量，由于浓度的不同，其产生的电信号也会随之改变。电击穿法的工作原理是根据SF6气体的绝缘特性，从置于被检测空气中的高压的变化来判断空气中是否含有SF6气体。红外吸收检测技术因其极高的气体选择性而具有难以替代的作用，红外吸收原理传感器检测气体浓度在价格、功耗、寿命、精度等方面有着明显的优势，近年来发展迅速。

国外发达国家对于NDIR原理的检测技术研究起步较早。德国在上世纪七十年代研发了具有防止爆炸类型的基于NDIRYUANLI 的一氧化碳检测仪器并于1992改进其型号，虽然检测范围很小，精度不高，设备笨重，但推动了气体检测技术的发展。随着红外光源、传感器及电子技术的发展，在仪器电路上采用了低功耗嵌入式系统，使得仪器较之以往有着体积更小、功耗更低、性能更高、价格上更便宜的优势。其中美国、日本公司生产的产品较为成熟。

国内对于红外气体检测方法起步较晚。多采用国际80年代初的红外气体分析方法，由于仪器功耗大、稳定性差、造价也很高；同时采用薄膜电容微音器作为传感器使得仪器对震动十分敏感，因此不适合便携测量。随着MEMS电调制红外光源及新型红外传感器的发展，我国在这方面研究取得了一定进步发展，如杭州聚光科技和奥式气体分析仪，但在精度、稳定性和寿命等方面较之国外还有待进步。

2. 研究的基本内容

本设计基于ndir原理实现六氟化硫气体检测，设计出sf6气体在线检测传感器。通过对sf6气体分子进行红外选择性吸收理论的分析，给出了气体浓度检测方法的理论依据，设计出了基于ndir原理的sf6气体传感器，并对此传感器系统的光路设计和电路设计进行了详细的阐述，最后对该系统进行重复性实验和稳定性实验，并对数据进行了分析。（1）sf6气体浓度测量方法的选择 查阅气体传感器相关资料，使用非分光红外吸收原理的测量技术。由于光源老化会导致发射光减弱造成的误差，同时压力、温度以及其它气体等外界的干扰因素也会造成影响，所以选用参比波长，且可以抑制零点漂移。（2）sf6传感器的设计①光学器件的选型与光路的系统设计选择便于检出和测量的强光束；为了维持测量时间内恒定不变，选择稳定性好的光源；选择能满足分析的需要的光波长范围的光源。选择增益大、频率响应高、稳定性好、灵敏度高的探测器。选择能最大程度上减少红外光在传播过程中的损耗,且增加抗腐蚀性避免气体对检测精度影响的气室结构和气室材料。②电路系统的设计在电路上设计放大、滤波、整流电路，以及a/d转换模块、数据处理系统和光源驱动电路。

（3）sf6传感器的实验分析

对传感器进行稳定性与重复性实验，检验传感器的性能指标是否达到预期要求，并做出进一步改进。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

（1）方案

①阐述课题研究的背景及意义。对sf6气体泄漏检测方法进行研究，并阐述ndir原理的仪表在国内外发展现状。 ②sf6检测系统光路设计。光源和热释电探测器分别安放在采样气室的两侧，采样气室内部中空，要求气室内壁光洁，最大程度上减少红外光在传播过程中的损耗。红外光源、探测器与采样气室安置于同一光学中心轴上。选用新型的电调制红外光源来提高系统的稳定性，降低系统的功耗。 ③sf6检测系统电路设计。硬件部分的设计主要包括电源电路、复位和时钟电路、信号跟随放大电路、a/d转换电路、lcd显示电路、报警电路等。整流电路将交流信号变为直流信号，以便模数转换。通过光源驱动模块的推挽电路，来控制光源的亮暗程度，利用单片机的一个端口控制其周期性的输出高低电平。 ④实验与数据分析。根据硬件和软件设计，对仪表参数校准和设定后，在实验室内，对系统进行重复性和稳定性实验，通过对实验数据的分析，验证本实验的sf6气体检测仪的可行性。（2）进度安排

1月份：查找文献，查询课题研究的背景及意义。2月份：sf6检测系统光路设计。

4. 参考文献

[1]rubio r, santander j, marco s, et al. non-selective ndir array for gas detection[c]// microtechnologies for the new millennium 2005. international society for optics and photonics, 2005:239-246.

[2]barritault p, brun m, lartigue o, et al. low power co2 ndir sensing using a micro-bolometer detector and a micro-hotplate ir-source[j]. sensors actuators b chemical, 2013, 182(6):565-570.

[3]wang y, nakayama m, yagi m, et al. the ndir co2 monitor with smart interface for global networking[j]. ieee transactions on instrumentation measurement, 2005, 54(4):1634-1639.