六氟化硫氣體探測(cè)儀窄帶濾光片

2024-07-22 林樹(shù)鑫

六氟化硫(化學(xué)式:SF?是一種人工合成的無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒且極為惰性的氣體,因其有極好絕緣和滅弧性能廣泛用于電力系統(tǒng)中。當(dāng)然,六氟化硫也具有極強(qiáng)的溫室效應(yīng),其全球變暖潛值(global warming potential,GWP)是二氧化碳的上千倍;,同時(shí)六氟化硫在強(qiáng)烈電弧作用下會(huì)產(chǎn)生一些硫的低氟化合物,在空氣中會(huì)與水和氧氣發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生劇毒氣體。因此需要對(duì)六氟化硫的泄露進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè),防止對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。

 六氟化硫氣體探測(cè)儀

電力行業(yè)規(guī)定了對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行六氟化硫氣體的泄露檢測(cè)?;诓罘治諜z測(cè)技術(shù)的非色散紅外(non-dispersive infra-red, NDIR)氣體傳感器,由于其具有較好的檢測(cè)能力和較低的價(jià)格,得到了較為廣泛的應(yīng)用。其中,紅外濾光片是紅外氣體傳感器的核心元件。

 

因而對(duì)于開(kāi)發(fā)中遠(yuǎn)紅外濾光片的研發(fā)意義重大。早期的紅外濾光片研究主要用于航空航天及國(guó)防領(lǐng)域,且重點(diǎn)關(guān)注濾光片性能,較少研究關(guān)注成本因素,與常規(guī)的測(cè)溫和紅外成像等寬帶通濾光片不同的是,氣體檢測(cè)均為窄帶,其市場(chǎng)潛力巨大。因此研制性?xún)r(jià)比較高的10.56 μm窄帶濾光片尤其重要。

 SF?氣體探測(cè)儀

六氟化硫氣體探測(cè)窄帶濾光片是一種在特定波段允許光信號(hào)通過(guò),而偏離這個(gè)波段以外的兩側(cè)光信號(hào)被阻止的光學(xué)元件。它在六氟化硫氣體探測(cè)中起著關(guān)鍵作用,主要用于提高氣體探測(cè)的精度和靈敏度。

 

一、設(shè)計(jì)目標(biāo)

六氟化硫氣體在中紅外波段具有指紋光譜,特別是10.56 μm和16.27 μm波長(zhǎng)處具有兩個(gè)特有的吸收峰。其中,10.56 μm波長(zhǎng)的吸收峰較強(qiáng)且?guī)捿^窄,因此成為窄帶濾光片設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。設(shè)計(jì)目標(biāo)通常包括:

中心波長(zhǎng):10560±60 nm(或接近此值)

透射帶寬:較窄,如180±50 nm

峰值透射率:大于75%

截止區(qū)透射率:在1.5~10.2 μm和10.9~18 μm范圍內(nèi),最大透射率小于1%。


 六氟化硫氣體探測(cè)儀窄帶濾光片


二、材料選擇

基板材料:通常選擇雙面拋光的光學(xué)級(jí)直拉單晶硅片作為基板,因?yàn)樗诩t外波段具有穩(wěn)定的折射率和良好的加工性能。

鍍膜材料:高折射率材料常用高純鍺(Ge),低折射率材料常用硫化鋅(ZnS)。這兩種材料在紅外波段具有較好的應(yīng)力匹配和膜層牢固度。

 

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

窄帶濾光片的設(shè)計(jì)常采用F-P結(jié)構(gòu)或多半波結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)在制備過(guò)程中有利于中心波長(zhǎng)和波形的調(diào)整。具體設(shè)計(jì)時(shí),會(huì)根據(jù)目標(biāo)波長(zhǎng)和帶寬要求,通過(guò)理論建模和仿真優(yōu)化,確定合適的膜系結(jié)構(gòu)和膜層厚度。

 

四、性能指標(biāo)

中心波長(zhǎng):確保濾光片的中心波長(zhǎng)與目標(biāo)氣體吸收峰匹配,以提高探測(cè)靈敏度。

帶寬:較窄的帶寬有助于減少背景噪聲的干擾,提高探測(cè)精度。

峰值透射率:高透射率可以提高信號(hào)的強(qiáng)度,從而提高探測(cè)系統(tǒng)的信噪比。

截止深度:在截止區(qū)內(nèi),濾光片應(yīng)盡可能阻止光信號(hào)的通過(guò),以降低背景噪聲和干擾。

 

五、應(yīng)用領(lǐng)域

六氟化硫氣體探測(cè)窄帶濾光片廣泛應(yīng)用于電力、化工、環(huán)保等領(lǐng)域,特別是在高壓電氣設(shè)備(如GIS、GIL等)中六氟化硫氣體的泄漏監(jiān)測(cè)方面。它可以幫助及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理氣體泄漏問(wèn)題,保障設(shè)備和人員的安全。