本發(fā)明涉及一種電力設備SF6(六氟化硫)氣體泄漏的點陣激光誘導擊穿光譜(Laser-inducedbreakdownspectroscopy,簡稱LIBS)監(jiān)測方法，屬于激光光譜測量技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
SF6氣體(六氟化硫氣體)已有百年歷史，它是法國兩位化學家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性氣體。SF6氣體最初應用于軍事領(lǐng)域，后來開始用于商用。當前SF6氣體主要用于電力工業(yè)中，在高壓電氣設備主要起絕緣和/或滅弧的作用。常見的使用SF6氣體的電力設備包括：SF6斷路器及GIS(在這里指六氟化硫封閉式組合電器，國際上稱為“氣體絕緣開關(guān)設備”(GasInsulatedSwitchgear)、SF6負荷開關(guān)設備，SF6絕緣輸電管線，SF6變壓器及SF6絕緣變電站。SF6電力設備一旦出現(xiàn)SF6氣體泄漏，將會大大影響絕緣或滅弧性能，從而導致設備故障，進而影響與之相連的電力網(wǎng)絡的工作，造成重大的損失。因此對重要的SF6電力設備進行SF6氣體泄漏的在線監(jiān)測是非常必要的，一旦發(fā)現(xiàn)SF6氣體，可及時進行檢修，避免重大損失。目前，大量使用的是手持式的SF6氣體檢測設備，基于氣體傳感器工作，而且必需在電力設備旁邊使用，對于運距離設備比如SF6絕緣輸電管線，SF6變壓器等，無法實時在線監(jiān)測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是，針對目前方法存在的問題，本發(fā)明提供一種基于點陣激光誘導等離子體光譜(Laser-inducedbreakdownspectroscopy,簡稱LIBS)分析的SF6氣體泄漏監(jiān)測系統(tǒng)及方法。通過對監(jiān)測區(qū)域點陣位置處硫元素及氟元素的LIBS光譜實時采集及分析，實現(xiàn)遠程電力設備SF6氣體泄漏實時在線檢測。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣來實現(xiàn)的：SF6氣體泄漏的點陣激光誘導擊穿光譜檢測系統(tǒng)由嵌入式系統(tǒng)主機、高能量脈沖激光器、擴束鏡、聚焦透鏡陣列、分束鏡、光電探測器陣列、驅(qū)動放大輸出電路、聲光可調(diào)濾波器(即AOTF濾波器)、AOTF驅(qū)動控制器、透鏡組成。嵌入式系統(tǒng)主機連接并控制高能量脈沖激光器；高能量脈沖激光器發(fā)出的脈沖激光通過擴束鏡形成平行激光束，進入聚焦透鏡陣列后，平行激光束射向分束鏡，穿過分束鏡后，聚焦到監(jiān)測區(qū)域；由激光誘導產(chǎn)生的LIBS信號經(jīng)分束鏡的高反膜反射后，經(jīng)過透鏡，再經(jīng)聲光可調(diào)濾波器到達光電探測器陣列；聲光可調(diào)濾波器通過AOTF驅(qū)動控制器連接嵌入式系統(tǒng)主機的I/0口；位于光電探測器陣列旁的驅(qū)動放大輸出電路連接嵌入式系統(tǒng)主機的相應I/0口。其中聚焦透鏡陣列由N乘N個相同規(guī)格的均勻排列的單元聚焦透鏡組成。單元聚焦透鏡表面鍍有λ1為1064nm的高透膜。分束鏡兩面分別鍍有λ1為1064nm的高透膜及光譜范圍Δλ(200nm至760nm)的高反膜。光電探測器陣列前放置AOTF濾波器進行波長選擇，由AOTF驅(qū)動控制器進行驅(qū)動及控制。當需要對是否存在SF6泄漏進行檢測時，一種SF6氣體泄漏的點陣激光誘導擊穿光譜檢測按下列步驟進行：(1)嵌入式系統(tǒng)主機發(fā)出指令，啟動高能量脈沖激光器。高能量脈沖激光器發(fā)出一納秒級波長λ1為1064nm的高能量脈沖激光，經(jīng)擴束鏡后形成一定直徑的平行激光束。(2)平行激光束經(jīng)過聚焦透鏡陣列，再穿過分束鏡后，聚焦到監(jiān)測區(qū)域，形成N2個脈沖激光聚焦點，這N2個點均勻分布在監(jiān)測區(qū)域的同一個平面內(nèi)。(3)N2個脈沖激光聚焦點處由激光誘導產(chǎn)生的光譜范圍為Δλ(400nm至760nm)的LIBS信號經(jīng)分束鏡的高反膜反射后，再經(jīng)透鏡聚焦至光電探測器陣列。光電探測器陣列由N2個均勻分布的相同的單元光電探測器組成，這N2個單元光電探測器的位置與N2個脈沖激光聚焦點關(guān)于透鏡呈物像共軛關(guān)系，即N2個脈沖激光聚焦點處的LIBS光信號準確聚焦至N2個單元光電探測器上。(4)嵌入式系統(tǒng)主機發(fā)出指令啟動高能量脈沖激光器后，經(jīng)過一個微秒級的微小延時后，發(fā)出指令至AOTF驅(qū)動控制器，選擇通帶波長λ2(對應于SF6氣體組成中硫原子的某一發(fā)射波長)；同時發(fā)出指令至驅(qū)動放大輸出電路，對光電探測器陣列進行供電，使其工作并接收對應于波長λ2的LIBS信號，通過信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，由驅(qū)動放大輸出電路輸出至嵌入式系統(tǒng)主機。(5)收到對應于λ2的N2個點的LIBS信號強度后，嵌入式系統(tǒng)主機18將其儲存以供后續(xù)分析，并同時發(fā)出指令至驅(qū)動放大輸出電路，對光電探測器陣列進行斷電，使其停止工作。(6)重復以上步驟(1)至(5)，在步驟(4)與(5)中的λ2變?yōu)棣?(對應于SF6氣體組成中氟原子的某一發(fā)射波長)。(7)嵌入式系統(tǒng)主機內(nèi)的分析軟件對N2個點的對應λ2與λ3的LIBS信號強度進行平均運算得到I2與I3，分別反映了監(jiān)測區(qū)域聚焦平面的硫元素與氟元素的濃度。通過設定閾值即可斷定SF6電力設備是否有SF6氣體泄漏。除此之外，通過對N2個點的編號，對N2個點的對應λ2與λ3的LIBS信號強度的比較，還可粗略得出SF6氣體在聚焦平面的濃度分布。本發(fā)明的有益效果是，采用了點陣LIBS測量，較單點測量更高效，覆蓋范圍更廣，多點同時測量消除了單點測量可能有的誤判；采用了激光遠距離聚焦，可實現(xiàn)遠程實時SF6氣體監(jiān)測；LIBS光譜分析采用了AOTF進行兩個波長選擇，無需常規(guī)光譜儀分光及光譜分析，節(jié)省了分析時間，提高了實時性。除了可判斷是否有SF6氣體泄漏以外，還可分析SF6氣體泄漏的大致濃度分布。附圖說明圖1為本發(fā)明SF6氣體泄漏檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明SF6氣體泄漏檢測系統(tǒng)聚焦透鏡陣列、分束鏡及脈沖激光聚點等放大示意圖；在圖中，1是高能量脈沖激光器；2是脈沖激光；3是擴束鏡；4是平行激光束；5是聚焦透鏡陣列；6是分束鏡；7是SF6氣體；8是監(jiān)測區(qū)域；9是SF6電力設備；10是光電探測器陣列；11是驅(qū)動放大輸出電路；12是AOTF濾波器(聲光可調(diào)濾波器)；13是AOTF驅(qū)動控制器；14是I/O(輸入/輸出)口A；15是I/O口B；16是I/O口C；17是I/O口D；18是嵌入式系統(tǒng)主機；19是透鏡；20是單元聚焦透鏡；21是脈沖激光聚焦點；22是單元光電探測器；23是平面。具體實施方式本發(fā)明具體實施方式如圖1和2所示。需要監(jiān)測的SF6電力設備9內(nèi)含有SF6(六氟化硫)氣體，它起絕緣、滅弧等作用。當SF6電力設備9正常時，無SF6氣體泄漏；當SF6電力設備9中SF6氣室罐體及焊縫存在砂眼、裂縫或密封墊老化等原因，導致有SF6氣體7泄漏出去時，在監(jiān)測區(qū)域8將存在一定濃度的SF6氣體。本實施例是這樣進行的：SF6氣體泄漏的點陣激光誘導擊穿光譜檢測系統(tǒng)由主機18、高能量脈沖激光器1、擴束鏡3、聚焦透鏡陣列5、分束鏡6、光電探測器陣列10、驅(qū)動放大輸出電路11、AOTF濾波器12、AOTF驅(qū)動控制器13、透鏡19組成。聚焦透鏡陣列5由N乘N個相同規(guī)格的均勻排列的單元聚焦透鏡20組成，在本實施例中，N取4，即共16個單元聚焦透鏡20。單元聚焦透鏡20表面鍍有λ1為1064nm的高透膜。分束鏡6兩面分別鍍有λ1為1064nm的高透膜及光譜范圍Δλ(200nm至760nm)的高反膜。光電探測器陣列10前放置AOTF濾波器12進行波長選擇，由AOTF驅(qū)動控制器13進行驅(qū)動及控制。當需要對是否存在SF6泄漏進行檢測時，按下列方法步驟進行檢測：(1)嵌入式系統(tǒng)主機18通過I/O口D17發(fā)出指令，啟動高能量脈沖激光器1。高能量脈沖激光器1發(fā)出一納秒級波長λ1為1064nm的高能量脈沖激光2，經(jīng)擴束鏡3后形成直徑為D的平行激光束4。要求D大于聚焦透鏡陣列5的尺寸。(2)平行激光束4經(jīng)過聚焦透鏡陣列5，再穿過分束鏡6后，聚焦到監(jiān)測區(qū)域8，形成16個脈沖激光聚焦點21，這16個點均勻分布在監(jiān)測區(qū)域8的同一個平面23內(nèi)(注：較單點測量更高效，覆蓋范圍更廣，多點同時測量消除了單點測量可能有的誤判)。由于脈沖激光能量很大，脈沖激光聚焦點21處的激光能量密度很大，誘導該處氣體產(chǎn)生等離子體，即產(chǎn)生激光誘導擊穿光譜(Laser-inducedbreakdownspectroscopy,簡稱LIBS)。LIBS光譜分布與脈沖激光聚焦點21處的氣體原子組成有關(guān)。(3)16個脈沖激光聚焦點21處由激光誘導產(chǎn)生的光譜范圍為Δλ(400nm至760nm)的LIBS信號經(jīng)分束鏡6的高反膜反射后，再經(jīng)透鏡19聚焦至光電探測器陣列10。光電探測器陣列10由16個均勻分布的相同的單元光電探測器22組成，這16個單元光電探測器22的位置與16個脈沖激光聚焦點21關(guān)于透鏡19呈物像共軛關(guān)系，即16個脈沖激光聚焦點21處的LIBS光信號準確聚焦至16個單元光電探測器22上。(4)嵌入式系統(tǒng)主機18發(fā)出指令啟動高能量脈沖激光器1后，經(jīng)過一個微秒級的微小延時后，通過I/O口A14發(fā)出指令至AOTF驅(qū)動控制器13，選擇通帶波長λ2(對應于SF6氣體組成中硫原子的某一發(fā)射波長，在實施例中取295.783nm)；同時通過I/O口C16發(fā)出指令至驅(qū)動放大輸出電路11，對光電探測器陣列10進行供電，使其工作并接收對應于波長λ2的LIBS信號，通過信號放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，由驅(qū)動放大輸出電路11通過I/O口B15輸出至嵌入式系統(tǒng)主機18。(5)收到對應于λ2的16個點的LIBS信號強度后，嵌入式系統(tǒng)主機18將其儲存以供后續(xù)分析，并同時通過I/O口C16發(fā)出指令至驅(qū)動放大輸出電路11，對光電探測器陣列10進行斷電，使其停止工作。(6)重復以上步驟(1)至(5)，在步驟(4)與(5)中的λ2變?yōu)棣?(對應于SF6氣體組成中氟原子的某一發(fā)射波長，在實施例中取685.6nm)。(7)嵌入式系統(tǒng)主機18內(nèi)的分析軟件對16個點的對應λ2與λ3的LIBS信號強度進行平均運算得到I2與I3，分別反映了平面23的硫元素與氟元素的濃度。如果平面23位置無SF6氣體，產(chǎn)生的是空氣的LIBS光譜，由于空氣中的硫與氟含量極低，因此I2與I3的數(shù)值極??；如果平面23位置有SF6氣體，產(chǎn)生的是SF6為主的LIBS光譜，由于SF6氣體由硫原子與氟原子組成，因此I2與I3的數(shù)值相對較大，通過設定閾值即可斷定SF6電力設備9是否有SF6氣體7泄漏。除此之外，通過對16個點的編號，對16個點的對應λ2與λ3的LIBS信號強度的比較，還可粗略得出SF6氣體在平面23的濃度分布。