变压器在出现不同类型故障的条件下,内部油中将形成各种类型的故障气体,通过对油中故障气体浓度的探测,根据油中气体浓度之间的比例,可以判断充油型变压器中可能出现的不同类型的故障,为变压器的维护提供科学依据,因此探测从油中脱出的各种不同类型的气体浓度,对维护变压器的稳定有序运行意义重要。光声光谱技术具有零背景,灵敏度高,探测动态范围广以及信号强度不依赖于光强等优点,被认为是用于气体探测的一种有效的光谱技术。本文从光声光谱技术的基本理论入手,设计了性能较好的光声池,并且创建了可用于油中脱出的多种类型的气体探测的宽带光声光谱系统。通过对宽带光源光束准直,系统最佳调制频率的标定,以及对系统中噪声的抑制和对光声信号的温度补偿,进一步提高了系统的灵敏度和稳定性,通过浓度和光声信号之间的最小二乘拟合对系统进行标定,最后研究了系统用于多种类型气体浓度探测的整体性能。首先,利用研制的宽带光声系统对利用流量控制器配制的不同浓度的各种故障气体进行了探测,说明了宽带光声系统对故障气体探测具有较高的探测灵敏度以及气体浓度和信号强度之间具有很好的线性度,然后对探测过程中温度和压力与信号强度之间的关系进行了研究。为了验证系统的探测准确度,将宽带光声探测系统与基于长程光学多通池的直接吸收光谱探测系统串在一起,对同一种浓度的气体进行对比探测。为了降低多组分气体光声信号之间相互干扰,将人工神经网络算法引入到系统对混合气体浓度的探测中,有效降低了宽带光声光谱探测系统对故障气体浓度探测的误差。最后,将光声探测装置和自主设计的脱气装置进行集成,将变压器油中的故障气体脱出,对脱出的气体浓度进行探测。本论文的主要研究成果及创新有:(1)用很宽的光谱范围的宽带热辐射光源研制了用于油中多种气体浓度探测的光声光谱系统,和现有的光声探测系统相比本文在光声池中安装了一个热敏电阻,用于同步探测池内的温度,在光声池的出射窗口,用反射镜代替普通窗片,将入射光反射回光声池内,提高进入光声池中被待测气体吸收的入射光的光功率,增强信号强度。为了让宽带光源的光束最大程度进入光声池中,本文参照LED光源光束整形系统的设计,从理论上设计了一套用于宽带光源光束整形的反射镜,通过Tracepro软件的模拟表明,整形反射镜能够将光束汇聚在预先设定的直径范围内。(2)通过系统在不同调制频率下的响应对宽带光声系统的最佳调制频率进行标定。利用研制的宽带光声系统对各种不同浓度的故障气体进行了探测,然后对光声信号强度和浓度进行最小二乘拟合从而对系统进行标定,研究表明整套系统对各种故障气体的探测具有较好的线性度。文中还对系统的信号强度随光声池内待测气体的温度和压力的变化进行了研究,通过研究表明,增大压力,信号增强,待测气体压力近于一个大气压时,信号强度随着压力增大,变化比较微弱。随着待测气体温度的升高,信号的强度不断增强,超过一定的温度后,升高温度,信号的强度降低。通过信号与温度的函数,编写了用于对信号强度进行温度补偿的程序,显著消除了温度对信号的影响,进一步提高了系统的稳定性。最后,将探测系统与长程直接吸收光谱探测系统进行对比探测,可以看出系统具有较好的探测准确度。(3)采用神经网络算法降低气体谱线间的交叉干扰。由于选用的窄带滤光片具有一定的带宽,因此,故障气体吸收谱线之间存在重叠,本文将神经网络算法引入到故障气体浓度探测中,降低各种气体吸收谱线相互重叠的影响,降低探测误差。(4)3D打印新技术在光声系统中的应用探索。为了研制体积小,便携性好的光声探测系统,本文探索了 3D打印新技术在光声光谱中的应用,利用3D打印技术打印了小型化的共振型光声池,并且对故障气体CH4进行探测研究,和传统机械加工技术相比,打印的光声池能够一次打印成型,体积更小,有利于便携式光声光谱型气体探测仪的集成。