应用光学分光光度法分析电弧在空气中发出的辐射谱

文摘

介绍了光学辐射的测量和分析的结果,一个自由燃烧的电弧。目的是确定的应用可能性的光学分光光度法检测电弧。研究工作考虑电弧产生两个铜电极之间以一个恒定电压供应空气,在实验室条件下进行。高分辨率光学分光光度计是用于光学辐射登记。涉及的分析测定两个无量纲描述符获得的光谱。此外,每个注册的强度分布,能量计算值三个频率范围。测量信号的基础上,应用分光光度法的光学辐射的可能性分析确认。光学辐射的分析表明,大部分能量检测的范围200 - 780纳米,而超过780海里几乎没有光能量释放。光谱光度测量的研究中执行以来UV-NIR范围感兴趣的人可以获得的信息结构缺陷(低波段)或杂质和/或点缺陷(在低能量下乐队)。也表示,获得描述符可以申请电弧的诊断和识别目的。

1。介绍

一般来说,一个电弧放电的电现象发生。除了有用的科学和技术应用在各分支产业,有时系统或设备上有一个负面影响,的情况下,例如,电力设备。最重要的是,它发生联系的元素交换设备在高电压下运行。这类设备通常是防止电气弧的发生。他们与各种类型的系统支持限制和电弧的熄灭。然而,一个电弧可能发生在地方电力设备绝缘的损坏或故障元素的存在。在这种情况下,出现弧形的往往是一个不受欢迎的效果。旁边的电弧的技术来源,如结构或材料缺陷,也有失败造成人为错误。

因此,现代电弧安全系统开发和实施,目的是检测一个电弧发生、保护装置通过切换它尽快。这些系统等,都是基于探测器发出的光弧,这是一个标准的必要的系统被激活。保护区域的设备监控光强度超过极限时,安全系统被激活。进行研究针对实际应用的改进极大地关注一个电弧焊接技术和接触系统的电力设备1- - - - - -3]。在[4]作者现在选择在融化弧现象。他们讨论理论电弧的热模型和估计方法在开关接触电压降。此外,接触侵蚀的数学和物理模型。其他作品考虑电弧的数值分析和仿真,例如,在[5- - - - - -8]。

光谱光度测量的研究中执行以来UV-NIR范围感兴趣的人可以获得的信息结构缺陷(低波段)或杂质和/或点缺陷(在低能量下乐队)9]。

研究工作的目的,并给出了结果,是确定光学分光光度法检测的应用可能性的电弧和分析测量光学光谱范围从200到110海里内通过提供各种电压水平。为此,使用高分辨率光学分光光度计。如今,光学分光光度法法经常用于电弧分析。例如,在[10,11),这种方法被用于确定电弧燃烧的温度之间的槽接触的电气设备。在[12,13),光学分光光度法被选为分析光学光谱发出的空气和油绝缘局部放电。在[14,15),检测和分析的分光光度计应用表面放电发生在套管和支持绝缘子在实验室条件下的模型。光谱学方法也适用于研究等离子体的16- - - - - -18]。

本文的主要贡献是在演示和讨论(1)发出的光光谱测量自由电弧燃烧所产生的各种电压值,(2)中包含的主波长测量信号的指示,(3)计算两个无量纲因子:峰值和形状系数,这可能是用于诊断目的,和(4)计算的能量含量三个电磁辐射的光谱范围:紫外线(UV),可见光(VIS)和近红外(NIR)。

2。材料和方法

这项研究是进行原型测量电路由两个铜电极排列成V形,俗称“天梯。“电路是提供各种电压值在1.5 - -1.9 kV的范围和用于生成自由燃烧的电弧,手动启动。测量自由燃烧的电弧进行了大气。一般图的实验电路如图1。测量系统的图片显示的元素给出了实验装置图2。

在记录一个电弧辐射的分辨率要求使用高分辨率光学分光光度计类型(19]。光信号的设备使登记UV-VIS-NIR的范围。分光光度计是配备一个电荷耦合装置,允许3648年检测组件与维度μm。快照图给出了一个例子3描绘一个电弧和光纤的装配方法。光学传感器的接收角也是显著的。

分光光度计的测量过程由计算光子在一个固定的时间段,前提是,在一个统计,不同数量的光子被认为是。分辨率要求的制造商提供了以下信息:(1)在400 nm,单一强度计算对应于130光子检测;(2)在600 nm,单一强度计算对应于60光子探测到。测量结果,该设备提供了一个特定波长的强度计算和分配它强度。分辨率要求的设备有一个光学分辨率在0.03纳米光谱的半值宽度和经营范围从200到1100纳米的可能性变化的光谱范围和光学分辨率取决于选定的网格和输入槽(光圈)。编程的时间段的范围从10μ年代到65年代可以测量的短期和长期事件和现象。认为研究工作,测量都是由持续的时间等于1。该设备可以操作使用一个专用的计算机软件。通用连接器SMA905使堵塞各种类型的光学纤维,扩散器,或者测量探针。在这项研究中,一个光信号传输到使用聚合物光纤直径600分光光度计μm和光谱范围200 - 1100 nm。这种类型的纤维的特点是衰减等于150 dB /公里,导致减少信号的能力,而不影响它的形状。关于应用的纤维长度相对较短(2米),光衰减的影响纤维芯没有分析。

3所示。光谱分析获得的测量结果

几个注册进行每个从1500年到1900 V电压水平。光谱的测量信号显示一个可重复的形式分布。特点和主波长组件的值,对应于当地峰的强度增加,表现为一个常数可重复性。因此,算术平均计算为每个测量试验。图4介绍了平均强度,在UV-VIS-NIR注册范围,考虑电压水平。

的平均光谱分布受到进一步的详细分析。一般来说,它应该观察到最高的紫外线辐射强度包括范围200 - 380 nm和能见度范围380 - 780纳米,而近红外光谱范围780 - 1100 nm的特点是低辐射强度。在数据5- - - - - -7,分别计算出的平均频谱分布描述紫外线,活力,和近红外光谱范围内,分别选择弧电压值的一代。在数据5- - - - - -7,占据主导地位的波长标记。

基于光谱分布的分析,提出了数据5- - - - - -7,单个波长的强度最高的组件选择考虑范围内(主要)和表中给出1。的标准确定的主要组件紫外线和能见度范围包括发生的强度,这是特点是数量超过2000的数量。关于贡献相对较低的辐射近红外光谱范围内,低于600的整个范围,最大的波长数量的组件数量作为特征。

4所示。描述符描述现象

为了显示和分析聚集光谱存在显著差异,两个无量纲计算描述符。他们可以提供独特的比较标准而确定电弧的发生:(a)峰值因素(1),它表达的比值最大值的均方根值谱,和(b)形状系数(2)计算均方根值之比的平均值考虑光谱(19]。的因素和分别计算UV-VIS-NIR范围的排放辐射和展示在表吗2。 在哪里光谱强度的最大价值[-]和均方根值(-),根据依赖(计算3)。 在哪里计算平均值[-],根据依赖(4)。 在哪里考虑的频率范围(Hz),开始考虑的频率范围(Hz)结束。

为了更好的分析,图8介绍了系数表2也意味着被描述为一个实线。这是认识到,没有显著的依赖上的电压值和系数。的平均价值系数最高的紫外线范围。紫外线的峰值因素和能见度范围非常相似,而最小值计算的近红外光谱范围内。VIS形状系数和近红外光谱相比非常相似,大大降低紫外线范围。

5。注册信号能量的计算

电磁辐射频率确定使用下面的依赖: 在哪里相速度,光的速度(米/秒),通过分光光度计波长[m],注册,然后呢电磁辐射频率(赫兹)。

的能量针对单一辐射光子被定义为(20.]

在哪里是普朗克常数(Js)。

根据依赖关系(6),辐射能量与波长及其阶段振动频率密切相关。辐射能量的增加以及波频率的增加。

就像前面提到的2,设备强度计算作为一个注册在特定波长的光子数量。这项研究的作者考虑三种范围的电磁辐射,但是生产商定义的光子数量,视为一个单一的强度计算,只有两个范围:紫外线(在400 nm)和上层VIS (在600海里)。因此,为了进一步计算,以下假定:(1)在紫外范围内发现的光子数=,(2)的光子检测能见度范围=,(3)光子的数量在近红外光谱检测范围=。的值是平均130和60。

考虑到以上,能量计算值在给定范围的产品和普朗克常数,激活光子数,对应的波长和频率。辐射能量的数学表达式,,是由 在哪里,,在紫外线辐射能量、活力和近红外光谱范围内,分别研究[J],考虑的频率范围(Hz)开始,考虑的频率范围(Hz)结束,然后呢,,紫外线的光子数量、VIS分别和近红外光谱范围。

后来,总辐射能量对整个电磁辐射光谱分析确定根据(21]

基于总辐射能量个人的能量估计的近似百分比贡献。表3介绍了计算能量的值范围。

为了更好的分析,辐射能量价值图中以图形的方式描述9也呈现线性回归的结果。可以识别的重要依赖电压值中包含的辐射能量活力和紫外线范围和近红外光谱中包含的能量范围是最低的,虽然它也会增加根据电压值上升。

总能量的百分比贡献紫外线、活力和近红外光谱范围保持稳定略有减少的利益的增加在更高的电压值。一个相当大的电压独立低能量集中发生在近红外光谱范围内。紫外线的辐射能源无论供应电压值最高。

6。结论和摘要

在研究期间,光学分光光度法进行检测和分析的应用可能性的自由燃烧的电弧现象,空气中产生的各种电压值,确认。数测量,表现在相同的实验条件下,辐射光谱从200纳米到1100纳米。进行分析的基础上注册光学辐射光谱,可以表示如下:(我)更高强度的主要频率成分被公认注册光信号。重要的波长的数量随着电源电压的增加。根据电压值的振幅上升。(2)获得系数、峰值和形状因素,可以作为潜在的应用基准用于确定电弧不管电压值,并对电气设备的诊断可能是至关重要的。(3)最特殊紫外线和辐射能量检测范围,虽然略低的能见度范围,无论电压值。平均只有2.32%的总能量是发现在近红外光谱范围内。在整个光谱分析,估计能源值增加根据电源电压值上升但最显著增加是公认的紫外线范围

提到,提出实验结果构成了第一阶段的研究,旨在开发一个数据库各种描述符,包括独特的识别和描述电气标准排放包括自由燃烧的弧线在空中。这样的一个数据库,其中包括一系列所谓的“指纹”,每一个对应于各种电气设备的缺陷,可用于诊断的专家系统。结果有潜在应用增加诊断的准确性和效率系统用于评估技术条件的电路如电弧安全装置。

光谱分析的方法一个电弧可能发出的光信号,在后续阶段的研究,是适用于各种类型的材料和电极的设计,广泛用于电气工程。也计划确定额外的因素的影响,如大气条件或绝缘子类型的结果。这样的研究将有可能选择最有效的方法来测量和分析电气排放为目的的电力系统的诊断。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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