CN104280671B - 特高压电晕放电早期诊断的激光共振拉曼方法 - Google Patents
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Abstract
一种特高压电晕放电早期诊断的激光共振拉曼方法，该方法采用的诊断***由远程激光共振拉曼测试***（1）与旋转升降调节支架（19）构成。远程激光共振拉曼测试***由主控制分析子***（10）、可见光成像子***（9）、紫外光源子***（12）、卡式望远镜（21）、紫外光谱仪（4）及光学附件组成。通过对早期电晕放电的化学效应中产生的极其微量的臭氧、二氧化氮及一氧化氮气体分子进行激光共振拉曼光谱检测，实现对电晕放电的早期诊断。本发明通过可见光成像与激光共振拉曼光谱检测光路共用及自动对焦技术，完成远程可视化光谱检测操作，实现极高灵敏度的臭氧分子共振拉曼光谱探测及对一氧化氮及二氧化氮的拉曼光谱进行有效探测。
Description
技术领域
本发明涉及一种特高压电晕放电早期诊断的激光共振拉曼方法，采用了激光共振拉曼技术，属于光电测试技术领域。
背景技术
特高压输电指的是1000kV交流电压和正负800kV直流电压输电工程和技术。随着特高压电网的逐步建成，其运行的安全保障非常重要。在特高压电网事故中，绝缘事故发生的频率较高，尤其是在特高压强电场的作用下，电气设备的电晕放电是较易发生的事故，电晕放电是一种气体电离后的放电形式，是一种强大的电磁干扰源。电晕放电会造成电能损耗，对通信的干扰，缩短输电线路的使用寿命。
为有针对性地减少电晕放电的危害，在线监测与诊断十分必要。特高压电网绝缘要求高、离地高度大、线路塔架跨度大，因此在线检测必需采用远程方法。目前，常用的电晕放电检测有红外成像法、紫外成像法、超声波探测仪等。
电晕是一种发光的表面局部放电，由于空气局部高强度而产生电离，该过程引起微小的热量，红外成像法无法识别。电气设备发生局部放电或电晕时，会伴随辐射出紫外线，其波长范围在10-400nm。紫外成像法工作波段在240-280nm，可进行检测。但对于早期电晕放电而言，其强度极微弱，辐射的紫外线强度很小，对于远程检测的紫外成像仪，很难从背景干扰中通过紫外图像灰度差异判断出电晕放电紫外辐射。超声波探测仪通过对电晕放电产生噪声的超声波部分的探测，对电晕放电进行诊断，但远程的超声探测易受环境噪声影响，此外，早期电晕放电强度极弱，导致其超声波频段噪声强度极弱，很难被检测。
公开号CN102331540公开了一种特高压输电线路电晕放电在线监测装置及方法，它是通过电晕放电后，监测放电发出的紫外光来分析判断，它可对特高压输电线路电晕放电后的进行监测，但其不能对早期电晕放电进行监测。
发明内容
本发明的目的是，为了解决早期电晕放电的远程在线检测难题，本发明提供一种基于激光共振拉曼光谱方法，用以对早期电晕放电的化学效应中产生的极其微量的臭氧、二氧化氮及一氧化氮气体分子进行检测，从而实现对电晕放电的早期诊断。
本发明采用的激光共振拉曼光谱检测方法是一种极其灵敏的光谱方法，其采用与待测分子电子吸收峰频率一致或接近的激光对待测分子进行激发，待测分子产生的共振拉曼散射比受激拉曼散射强度大104-106倍，其灵敏度已达到单分子检测水平。此外，激光共振拉曼光谱检测采用的激光波长位于紫外段，可有效克服荧光对拉曼信号的干涉。
本发明的技术方案是这样来实现的：
本发明特高压电晕放电早期诊断的激光共振拉曼方法通过特高压电晕放电早期诊断***来实现。
一种特高压电晕放电早期诊断***由远程激光共振拉曼测试***与旋转升降调节支架构成。远程激光共振拉曼测试***固定安装在旋转升降调节支架上，可通过操作旋转升降调节支架进行远程激光共振拉曼测试***的升降调节及旋转调节，从而灵活地改变主光轴的方向。
远程激光共振拉曼测试***由主控制分析子***、可见光成像子***、紫外光源子***、卡式望远镜、紫外光谱仪及光学附件组成。
可见光成像子***包含面阵CCD 、驱动及成像输出电路及显示屏，用于对电晕放电监测区域的远距离可见光成像。
紫外光源子***包含高重频超短脉冲激光器、倍频晶体组件、PCF（光子晶体光纤）耦合器、PCF 、紫外窄带滤光片及扩束镜，所述高重频超短脉冲激光器，发出的脉冲激光经过倍频晶体组件，经过PCF耦合器进入PCF，得到紫外超连续谱脉冲激光输出，再经紫外窄带滤光片，得到波长为λ1的紫外脉冲激光，再经扩束镜扩束。紫外光源子***用于产生紫外谱段某一波长的脉冲激光；紫外光源子***产生的激光束与卡式望远镜光轴重合，该光轴为远程激光共振拉曼测试***主光轴。
卡式望远镜，即卡塞格林望远镜，它的核心组件是主镜、次镜和次镜电动伺服机构。其中主镜为中心开孔镀银凹面反射镜，次镜为镀银凸面反射镜，次镜电动伺服机构可带动次镜沿主光轴前后移动。卡式望远镜用于对紫外光源子***输出的脉冲激光进行远程聚焦及对共振拉曼光谱信号的采集。
光学附件包括圆孔耦合器、光纤、紫外可见分束镜及分束镜；分束镜与主光轴成45度角放置，镀有波长为λ1(即激发臭氧产生共振激光拉曼效应所需的激光波长)的高透膜及紫外可见高反膜；次光轴与主光轴垂直；紫外可见分束镜与分束镜平行放置，与次光轴夹角为45度，次光轴与紫外可见分束镜交点为A；紫外可见分束镜镀有紫外谱段高透膜及可见谱段高反膜；圆孔耦合器与面阵CCD 关于紫外可见分束镜共轭对称，即A点到圆孔耦合器的距离等于A点到面阵CCD 的距离；圆孔耦合器中心孔直径与光纤外径相等。
主控制分析子***，含有控制硬件及主机软件，用于控制紫外光谱仪、可见光成像子***、高重频超短脉冲激光器及次镜电动伺服机构的工作；接收面阵CCD 的输出数字图像并进行分析；接收紫外光谱仪的输出光谱信号并进行分析。
当需要对特高压电晕放电进行早期诊断时，按以下步骤进行检测：
(1) 粗调
操作旋转升降调节支架进行远程激光共振拉曼测试***的升降调节及旋转调节，改变主光轴的方向，使其目测初步对准电晕放电监测区域。
主控制分析子***发出指令，启动驱动及成像输出电路，使面阵CCD开始工作。可见光成像子***通过卡式望远镜对其视场范围内的物体进行远距离可见光谱段数字成像，视场范围内的物体发出的可见谱段光线依次经过主镜、次镜、分束镜、紫外可见分束镜反射，成像于面阵CCD。面阵CCD 输出的数字图像，一路被主控制分析子***接收，另一路同时输出在显示屏上实时显示。
(2) 细调及自动对焦
观察显示屏上的实时图像，同时微调旋转升降调节支架，改变主光轴的方向，使电晕放电监测区域准确显示在显示屏上，即使电晕放电监测区域准确成像到面阵CCD上。此时，主控制分析子***接收面阵CCD 输出的数字图像，对其实时进行快速傅立叶变换，随后进行实时频域分析。同时，主控制分析子***发出控制指令，启动次镜电动伺服机构，带动次镜沿主光轴前后移动。在移动的过程中，对实时数字图像的实时频域分析同步进行，当频域中的高频分量占总频域分布的比例最高时，即面阵CCD 输出的数字图像细节最丰富时，则处在合焦状态，即远距离处的电晕放电监测区域通过卡式望远镜成像的合焦平面与面阵CCD 完全重合。此时，主控制分析子***发出控制指令，停止次镜电动伺服机构的工作。
(3) 紫外脉冲激光远程聚焦
主控制分析子***发出指令，启动高重频超短脉冲激光器，发出的脉冲激光经过倍频晶体组件，经过PCF耦合器进入PCF，得到紫外超连续谱脉冲激光输出，再经紫外窄带滤光片，得到波长为λ1（即激发臭氧产生共振激光拉曼效应所需的激光波长）的紫外脉冲激光，再经扩束镜（表面镀有波长为λ1的增透膜）扩束，从卡式望远镜的主镜的中心孔穿进。再经次镜及主镜的镀银反射面反射后，聚焦于远距离的激光聚焦点。激光聚焦点为电晕放电监测区域与主光轴的交点。
(4) 激光共振拉曼分析
大气层高度1km以下，臭氧的含量极低、而一氧化氮、二氧化氮的含量和大气的污染程度有关，在污染程度大的地方，含量相对高些；在污染程度低的地方，含量很低。本发明主要通过对激光聚焦点处的臭氧分子检测，辅以对一氧化氮、二氧化氮分子的检测来对早期电晕放电进行诊断。
臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子对应的特征斯托克斯拉曼频移不同，对波长为λ1的激光激发波长而言，臭氧分子对应的斯托克斯拉曼散射波长为λ2；二氧化氮分子对应的斯托克斯拉曼散射波长为λ3；一氧化氮分子对应的斯托克斯拉曼散射波长为λ4。
通过对λ2、λ3、λ4三个波长的拉曼光谱强度分析，可判断激光聚焦点处是否有臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子，及它们的浓度大小。
波长为λ1的紫外脉冲激光在激光聚焦点处激发的斯托克斯拉曼散射信号(注：波长大于λ1)依次经主镜、次镜、分束镜反射后至紫外可见分束镜，只有紫外谱段的斯托克斯拉曼散射信号能透过紫外可见分束镜。圆孔耦合器用于消除杂散光信号的影响，圆孔耦合器与面阵CCD 关于紫外可见分束镜的共轭对称设计，可使激光聚焦点处激发的斯托克斯拉曼散射信号精确耦合进入光纤。耦合进光纤的紫外谱段斯托克斯拉曼散射信号进入紫外光谱仪进行紫外分光、光电转换，紫外光谱仪的输出光谱信号被主控制分析子***接收，进行紫外拉曼光谱分析。
波长λ1为激发臭氧产生共振激光拉曼效应所需的激光波长，在此波长脉冲激光的激发下，臭氧分子对应的斯托克斯拉曼散射波长λ2处的信号将增大104到106倍，可对臭氧分子极微量浓度的变化进行检测。对一氧化氮分子、二氧化氮分子，波长λ1的脉冲激光只能激发出常规受激拉曼散射信号，其检测灵敏度相对低一些，在本发明中，对一氧化氮分子、二氧化氮分子的检测起辅助作用。
(5) 电晕放电早期诊断
判定标准如下：
当激光聚焦点处无早期电晕放电时，该处的气体分子组成为大气分子组成。臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子对应的λ2、λ3、λ4三个波长的拉曼谱线强度相对非常小；
当激光聚焦点处存在早期电晕放电时，该处产生极微量的臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子，和大气组成相比，激光聚焦点处臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子有一个极微小的浓度增加。由于共振拉曼效应，λ2处的拉曼谱线强度将有一个巨大的增加，而λ3、λ4处的拉曼谱线强度将有一个微小的增加。
据此判定标准，可判断激光聚焦点处是否存在早期电晕放电。
本发明的有益效果是，通过可见光成像与激光共振拉曼光谱检测光路共用及自动对焦技术，实现远程可视化光谱检测操作，可精确选择测试点；采用臭氧产生共振拉曼效应所需的紫外激光波长，可实现极高灵敏度的臭氧分子探测，同时克服了荧光干扰，可对一氧化氮及二氧化氮的拉曼光谱进行有效探测。通过上述措施，可实现早期极微弱电晕放电的高灵敏度诊断。
附图说明
图1为本发明***结构及测试原理示意图；
在图中，1是远程激光共振拉曼测试***；2是圆孔耦合器；3是光纤；4是紫外光谱仪；5是紫外可见分束镜；6是面阵CCD(即电荷耦合器件)；7是驱动及成像输出电路；8是显示屏；9是可见光成像子***；10是主控制分析子***；11是分束镜；12是紫外光源子***；13是高重频超短脉短激光器；14是倍频晶体组件；15是PCF(即光子晶体光纤)耦合器；16是PCF；17是紫外窄带滤光片；18是扩束镜；19是旋转升降调节支架；20是主镜；21是卡式望远镜；22是次镜电动伺服机构；23是次镜；24是主光轴；25是激光聚焦点；26是电晕放电监测区域；27是特高压电气设备；28是次光轴。
具体实施方式
本发明具体实施方式如图1所示。
特高压电气设备27长期处在特高压形成的强电场当中，在强电场的作用下，电气设备绝缘中一些薄弱的部分就容易发生局部放电，当其电场强度大于大气中气体的电离强度时，就会产生电晕放电。可能产生电晕放电的区域即为电晕放电监测区域26，一般在特高压电气设备中具有较大几何曲率部分附近。当特高压电气设备27存在早期电晕放电时，电晕放电监测区域26将会有极微量浓度的臭氧、一氧化氮及二氧化氮产生。通过对该微量浓度的臭氧监测及对一氧化氮及二氧化氮浓度变化的监测，可判断早期电晕放电。
本实施例是这样进行的：
特高压电晕放电早期诊断***由远程激光共振拉曼测试***1与旋转升降调节支架19构成。远程激光共振拉曼测试***1固定安装在旋转升降调节支架19上，可通过操作旋转升降调节支架19进行远程激光共振拉曼测试***1的升降调节及旋转调节，从而灵活地改变主光轴24的方向。
远程激光共振拉曼测试***1由主控制分析子***10、可见光成像子***9、紫外光源子***12、卡式望远镜21、紫外光谱仪4及光学附件组成。
可见光成像子***9包含面阵CCD 6、驱动及成像输出电路7及显示屏8，用于对电晕放电监测区域26的远距离可见光成像。
紫外光源子***12包含高重频超短脉冲激光器13、倍频晶体组件14、PCF耦合器15、PCF 16、紫外窄带滤光片17及扩束镜18，用于产生紫外谱段某一波长的脉冲激光；紫外光源子***12与卡式望远镜21光轴重合，该光轴为远程激光共振拉曼测试***1主光轴24。
在本实施例中高重频超短脉冲激光器13采用脉宽20ps、重频80MHz、中心波长1064nm的半导体泵浦固体激光器；倍频晶体组件14由两块倍频晶体组合而成，得到中心波长266nm的脉冲激光输出；PCF耦合器15采用20倍显微物镜；PCF 16采用零色散波长为266nm的光子晶体光纤，得到200nm-450nm的紫外超连续谱脉冲激光输出。
卡式望远镜21，即卡塞格林望远镜，它的核心组件是主镜20、次镜23和次镜电动伺服机构22。其中主镜20为中心开孔镀银凹面反射镜，次镜23为镀银凸面反射镜，次镜电动伺服机构22可带动次镜23沿主光轴24前后移动。卡式望远镜21用于对紫外光源子***12输出的脉冲激光进行远程聚焦及对共振拉曼光谱信号的采集。
光学附件包括圆孔耦合器2、光纤3、紫外可见分束镜5及分束镜11；分束镜5与主光轴24成45度角放置，镀有波长为λ1(即激发臭氧产生共振激光拉曼效应所需的激光波长，在本实施例中为203.77nm)的高透膜及紫外可见高反膜(在本实施例中为205nm-760nm)；次光轴28与主光轴24垂直；紫外可见分束镜5与分束镜11平行放置，与次光轴28夹角为45度，次光轴28与紫外可见分束镜5交点为A；紫外可见分束镜5镀有紫外谱段(在本实施例中为205nm-400nm)高透膜及可见谱段(在本实施例中为400nm-760nm)高反膜；圆孔耦合器2与面阵CCD 6关于紫外可见分束镜5共轭对称，即A点到圆孔耦合器2的距离等于A点到面阵CCD 6的距离d；圆孔耦合器2中心孔直径与光纤3外径相等。
主控制分析子***10，含有控制硬件及主机软件，用于控制紫外光谱仪4、可见光成像子***9、高重频超短脉冲激光器13及次镜电动伺服机构22的工作；接收面阵CCD 6的输出数字图像并进行分析；接收紫外光谱仪4的输出光谱信号并进行分析。
当需要对特高压电晕放电进行早期诊断时，按以下步骤进行检测：
(1) 粗调
操作旋转升降调节支架19进行远程激光共振拉曼测试***1的升降调节及旋转调节，改变主光轴24的方向，使其目测初步对准电晕放电监测区域26。
主控制分析子***10发出指令，启动驱动及成像输出电路7，使面阵CCD 6开始工作。可见光成像子***9通过卡式望远镜21对其视场范围内的物体进行远距离可见光谱段数字成像，视场范围内的物体发出的400nm-760nm可见谱段光线依次经过主镜20、次镜23、分束镜11、紫外可见分束镜5反射，成像于面阵CCD 6。面阵CCD 6输出的数字图像，一路被主控制分析子***10接收，另一路同时输出在显示屏8上实时显示。
(2) 细调及自动对焦
观察显示屏8上的实时图像，同时微调旋转升降调节支架19，改变主光轴24的方向，使电晕放电监测区域26准确显示在显示屏8上，即使电晕放电监测区域26准确成像到面阵CCD 6上。此时，主控制分析子***10接收面阵CCD 6输出的数字图像，对其实时进行快速傅立叶变换，随后进行实时频域分析。同时，主控制分析子***10发出控制指令，启动次镜电动伺服机构22，带动次镜23沿主光轴24前后移动。在移动的过程中，对实时数字图像的实时频域分析同步进行，当频域中的高频分量占总频域分布的比例最高时，即面阵CCD 6输出的数字图像细节最丰富时，则处在合焦状态，即远距离处的电晕放电监测区域26通过卡式望远镜21成像的合焦平面与面阵CCD 6完全重合。此时，主控制分析子***10发出控制指令，停止次镜电动伺服机构22的工作。
(3) 紫外脉冲激光远程聚焦
主控制分析子***10发出指令，启动高重频超短脉冲激光器13，发出的脉宽20ps、重频80MHz、中心波长1064nm的脉冲激光经过倍频晶体组件14，得到中心波长266nm的脉冲激光输出，经过PCF耦合器15进入PCF 16，得到200nm-450nm的紫外超连续谱脉冲激光输出，再经紫外窄带滤光片17，得到波长为λ1(即激发臭氧产生共振激光拉曼效应所需的激光波长，在本实施例中为203.77nm)的紫外脉冲激光，再经扩束镜18(表面镀有波长为λ1的增透膜)扩束，从卡式望远镜21的主镜20的中心孔穿进。再经次镜23及主镜20的镀银反射面反射后，聚焦于远距离的激光聚焦点25。激光聚焦点25为电晕放电监测区域26与主光轴24的交点。
(4) 激光共振拉曼分析
大气层高度1km以下，臭氧的含量极低、而一氧化氮、二氧化氮的含量和大气的污染程度有关，在污染程度大的地方，含量相对高些；在污染程度低的地方，含量很低。本发明主要通过对激光聚焦点25处的臭氧分子检测，辅以对一氧化氮、二氧化氮分子的检测来对早期电晕放电进行诊断。
臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子对应的特征斯托克斯拉曼频移不同，对波长为λ1的激光激发波长而言，臭氧分子对应的斯托克斯拉曼散射波长为λ2(在本实施例中为208.2nm)；二氧化氮分子对应的斯托克斯拉曼散射波长为λ3(在本实施例中为209.41nm)；一氧化氮分子对应的斯托克斯拉曼散射波长为λ4(在本实施例中为211.88nm)。
通过对λ2、λ3、λ4三个波长的拉曼光谱强度分析，可判断激光聚焦点25处是否有臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子，及它们的浓度大小。
波长为λ1的紫外脉冲激光在激光聚焦点25处激发的斯托克斯拉曼散射信号(注：波长大于λ1)依次经主镜20、次镜23、分束镜11反射后至紫外可见分束镜5，只有紫外谱段(在本实施例中为205nm-400nm)的斯托克斯拉曼散射信号能透过紫外可见分束镜5。圆孔耦合器2用于消除杂散光信号的影响，圆孔耦合器2与面阵CCD 6关于紫外可见分束镜5的共轭对称设计，可使激光聚焦点25处激发的斯托克斯拉曼散射信号精确耦合进入光纤3。耦合进光纤3的紫外谱段斯托克斯拉曼散射信号进入紫外光谱仪4进行紫外分光、光电转换，紫外光谱仪4的输出光谱信号被主控制分析子***10接收，进行紫外拉曼光谱分析。
波长λ1为激发臭氧产生共振激光拉曼效应所需的激光波长，在此波长脉冲激光的激发下，臭氧分子对应的斯托克斯拉曼散射波长λ2处的信号将增大104到106倍，可对臭氧分子极微量浓度的变化进行检测。对一氧化氮分子、二氧化氮分子，波长λ1的脉冲激光只能激发出常规受激拉曼散射信号，其检测灵敏度相对低一些，在本发明中，对一氧化氮分子、二氧化氮分子的检测起辅助作用。
(5) 电晕放电早期诊断
判定标准如下：
当激光聚焦点25处无早期电晕放电时，该处的气体分子组成为大气分子组成。臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子对应的λ2、λ3、λ4三个波长的拉曼谱线强度相对非常小；
当激光聚焦点25处存在早期电晕放电时，该处产生极微量的臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子，和大气组成相比，激光聚焦点25处臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子有一个极微小的浓度增加。由于共振拉曼效应，λ2处的拉曼谱线强度将有一个巨大的增加，而λ3、λ4处的拉曼谱线强度将有一个微小的增加。
据此判定标准，可判断激光聚焦点25处是否存在早期电晕放电。
Claims (1)
1.一种特高压电晕放电早期诊断***，包括旋转升降调节支架，其特征在于，还包括远程激光共振拉曼测试***；所述远程激光共振拉曼测试***包括主控制分析子***、可见光成像子***、紫外光源子***、卡式望远镜和紫外光谱仪；所述可见光成像子***，包含面阵CCD、驱动及成像输出电路及显示屏；所述紫外光源子***，包含高重频超短脉冲激光器、倍频晶体组件、PCF耦合器、PCF、紫外窄带滤光片及扩束镜；所述高重频超短脉冲激光器，发出的脉冲激光经过倍频晶体组件，经过PCF耦合器进入PCF，得到紫外超连续谱脉冲激光输出，再经紫外窄带滤光片，得到波长为λ1的紫外脉冲激光，再经扩束镜扩束，再穿过卡式望远镜，形成远程激光共振拉曼测试***主光轴；所述卡式望远镜的核心组件是主镜、次镜和次镜电动伺服机构；
所述特高压电晕放电早期诊断***的激光共振拉曼诊断方法包括以下步骤：
(1)粗调
操作旋转升降调节支架进行远程激光共振拉曼测试***的升降调节及旋转调节，改变主光轴的方向，使其目测初步对准电晕放电监测区域；
主控制分析子***发出指令，启动驱动及成像输出电路，使面阵CCD开始工作；可见光成像子***通过卡式望远镜对其视场范围内的物体进行远距离可见光谱段数字成像，视场范围内的物体发出的可见谱段光线依次经过主镜、次镜、分束镜、紫外可见分束镜反射，成像于面阵CCD；面阵CCD输出的数字图像，一路被主控制分析子***接收，另一路同时输出在显示屏上实时显示；
(2)细调及自动对焦
观察显示屏上的实时图像，同时微调旋转升降调节支架，改变主光轴的方向，使电晕放电监测区域准确显示在显示屏上，即使电晕放电监测区域准确成像到面阵CCD上；此时，主控制分析子***接收面阵CCD输出的数字图像，对其实时进行快速傅立叶变换，随后进行实时频域分析；同时，主控制分析子***发出控制指令，启动次镜电动饲服机构，带动次镜沿主光轴前后移动；在移动的过程中，对实时数字图像的实时频域分析同步进行，当频域中的高频分量占总频域分布的比例最高时，即面阵CCD输出的数字图像细节最丰富时，则处在合焦状态，即远距离处的电晕放电监测区域通过卡式望远镜成像的合焦平面与面阵CCD完全重合；此时，主控制分析子***发出控制指令，停止次镜电动饲服机构的工作；
(3)紫外脉冲激光远程聚焦
主控制分析子***发出指令，启动高重频超短脉冲激光器，发出的脉冲激光经过倍频晶体组件，经过PCF耦合器进入PCF，得到紫外超连续谱脉冲激光输出，再经紫外窄带滤光片，得到波长为λ1的紫外脉冲激光，再经扩束镜扩束，从卡式望远镜的主镜的中心孔穿进；再经次镜及主镜的镀银反射面反射后，聚焦于远距离的激光聚焦点；激光聚焦点为电晕放电监测区域与主光轴的交点；
(4)激光共振拉曼分析
通过对λ2、λ3、λ4三个波长的拉曼光谱强度分析，可判断激光聚焦点处是否有臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子，及它们的浓度大小；其中，λ2为臭氧分子对应的斯托克斯拉曼散射波长、λ3为二氧化氮分子对应的斯托克斯拉曼散射波长、λ4是一氧化氮分子对应的斯托克斯拉曼散射波长；
波长为λ1的紫外脉冲激光在激光聚焦点处激发的斯托克斯拉曼散射信号依次经主镜、次镜、分束镜反射后至紫外可见分束镜，只有紫外谱段的斯托克斯拉曼散射信号能透过紫外可见分束镜；经圆孔耦合器耦合进光纤的紫外谱段斯托克斯拉曼散射信号进入紫外光谱仪进行紫外分光、光电转换，紫外光谱仪的输出光谱信号被主控制分析子***接收，进行紫外拉曼光谱分析；
波长λ1为激发臭氧产生共振激光拉曼效应所需的激光波长，在此波长脉冲激光的激发下，臭氧分子对应的斯托克斯拉曼散射波长λ2处的信号将增大104到106倍，可对臭氧分子极微量浓度的变化进行检测；对一氧化氮分子和二氧化氮分子，波长λ1的脉冲激光只能激发出常规受激拉曼散射信号，其检测灵敏度相对低一些，对一氧化氮分子和二氧化氮分子的检测起辅助作用；
(5)电晕放电早期诊断
判定标准如下：
当激光聚焦点处无早期电晕放电时，该处的气体分子组成为大气分子组成；臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子对应的λ2、λ3、λ4三个波长的拉曼谱线强度相对非常小；
当激光聚焦点处存在早期电晕放电时，该处产生极微量的臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子，和大气组成相比，激光聚焦点处臭氧分子、一氧化氮分子、二氧化氮分子有一个极微小的浓度增加；由于共振拉曼效应，λ2处的拉曼谱线强度将有一个巨大的增加，而λ3、λ4处的拉曼谱线强度将有一个微小的增加；
据此判定标准，可判断激光聚焦点处是否存在早期电晕放电。
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