CN110530848A - 一种检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种检测装置及检测方法，该检测装置中位于密封腔体内的反射元件包括位于同一平面上且相对设置的第一球面镜和第二球面镜，其中，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零，从而在入射光(即入射的激发光)射入所述第一球面镜和第二球面镜之间后，可以在第一球面镜和第二球面镜之间经过多次反射，以增强位于第一球面镜和第二球面镜之间的待测气体在入射光的作用下产生的拉曼光信号强度，进而提高检测装置基于所述拉曼光信号进行信号检测的灵敏度。

Description

一种检测装置及检测方法

技术领域

本申请涉及信号检测技术领域，尤其涉及一种检测装置及检测方法。

背景技术

拉曼光谱是一种分子与光子发生作用的非弹性散射光谱，具体的，处于基态或激发态的分子受入射光激发而跃迁至虚态，此时，该分子处于不稳定的能级，最终将释放能量，回到激发态或基态，在此过程中，分子能级相较于初始状态会有所改变，即会发生斯托克斯散射或反斯托克斯散射，同时伴随着光子波长的改变，进而在宏观上表现为包含各物质不同特征的拉曼光谱。

由于拉曼光谱中包含各物质的不同特征，而不同物质的特征谱峰不同，因此，采用拉曼光谱进行光信号的检测具有一定的指纹性，而且，采用拉曼光谱技术对气体检测时无需对样品进行预处理即可检测，因此，与气相色谱、红外光谱等技术相比，拉曼光谱技术具有快速无损、指纹、样品无需预处理等无可替代的优势，然而，现有的应用拉曼光谱技术进行信号检测的检测装置的检测灵敏度较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种检测装置及检测方法，以提高信号检测的检测灵敏度。

为解决上述问题，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种检测装置包括：

密封腔体，所述密封腔体上具有第一窗口和第二窗口，且所述密封腔体内具有待测气体，所述待测气体在通过所述第一窗口入射的激发光的激发下，产生拉曼光信号；

位于所述密封腔体内的反射元件，所述反射元件包括位于同一平面上且相对设置的第一球面镜和第二球面镜，其中，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零；

位于所述密封腔体内的采集元件，所述采集元件用于采集所述拉曼光信号，所述拉曼光信号经所述第二窗***出后用于形成所述待测气体的光谱图；

真空泵，所述真空泵与所述密封腔体上的第一通孔相连通，用于对所述密封腔体抽真空；

气体输入元件，所述气体输入元件与所述密封腔体上的第二通孔相连通，用于对所述密封腔体输入待测气体。

可选的，所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心在第一方向上具有预设距离，其中，所述第一方向平行于所述反射元件所在的平面且垂直于第二方向，所述第二方向是由所述第一球面镜指向所述第二球面镜；

所述预设距离的取值范围为0.2mm-0.5mm，包括端点值。

可选的，所述采集元件包括第一透镜、滤光片和第二透镜，其中，所述第一透镜用于汇聚所述待测气体在入射光的激发下产生的拉曼光信号，并将其转换成第一平行光，所述滤光片用于对所述第一平行光进行过滤，形成第二平行光，所述第二透镜用于将所述第二平行光转换成汇聚光经过所述第二窗***出，以形成所述待测气体的光谱图。

可选的，所述第一透镜的焦距小于所述第二透镜的焦距。

可选的，所述第一通孔与所述真空泵之间具有第一传输管路，所述第一传输管路上具有第一控制阀，所述第一控制阀用于控制所述真空泵与所述密封腔体之间通路的通断；

所述第二通孔与所述气体输入元件之间具有第二传输管路，所述第二传输管路上具有第二控制阀，所述第二控制阀用于控制所述气体输入元件与所述密封腔体之间通路的通断。

可选的，所述密封腔体为不锈钢密封腔体。

可选的，还包括：

处理元件，所述处理元件包括光谱仪和计算机，用于基于所述采集元件采集射出的拉曼光信号形成所述待测气体的光谱图；

激光器，用于通过所述第一窗口向所述密封腔体射入激发光。

可选的，还包括：压力检测计，用于检测所述密封腔体内部的压力。

相应的，本申请还提供了一种检测方法，该方法包括：

利用真空泵对密封腔体抽真空，然后利用气体输入元件向所述密封腔体内充入待测气体；

通过第一窗口向所述密封腔体内所述反射元件中的第一球面镜和所述第二球面镜之间射入激发光，所述待测气体在所述激发光的激发下产生拉曼光信号；

利用采集元件采集所述拉曼光信号，所述拉曼光信号经第二窗***出后用于形成所述待测气体的光谱图；

其中，所述第一球面镜和所述第二球面镜位于同一平面上且相对设置，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零。

可选的，所述利用采集元件采集所述拉曼光信号之前还包括：

调整所述采集元件的中心轴线相对于所述第一球面镜和所述第二球面镜的中心连线之间的夹角，使得所述采集元件采集到的拉曼光信号最多。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本申请实施例所提供的检测装置中，位于所述密封腔体内的反射元件包括位于同一平面上且相对设置的第一球面镜和第二球面镜，其中，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零，从而在入射光(即入射的激发光)射入所述第一球面镜和第二球面镜之间后，可以在所述第一球面镜和所述第二球面镜之间进行多次反射，以增强位于所述第一球面镜和所述第二球面镜之间的待测气体在所述入射光的作用下产生的拉曼光信号强度，进而提高所述检测装置基于所述拉曼光信号进行信号检测的灵敏度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种检测装置的示意图；

图2为本申请实施例所提供的检测装置检测获得的SF₆拉曼光谱图；

图3为本申请实施例所提供的检测装置检测获得的SO₂拉曼光谱图；

图4为本申请实施例所提供的另一种检测装置的示意图；

图5为本申请实施例所提供的又一种检测装置的示意图；

图6为本申请实施例所提供的一种检测方法流程。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，现有的应用拉曼光谱技术进行信号检测的检测装置的检测灵敏度较低，尤其是当检测的样品为气体时，现有检测装置的检测灵敏度更低。

具体的，拉曼光谱的强度公式为：其中，I₀为激发光强度(即入射光强度)，n为待测物质分子密度，dσ/dΩ为微分散射截面，Ω为散射光收集角度，σ为拉曼散射截面，L为有效长度(即激发光与待测物质的分子发生相互作用的光路长度)。

由拉曼光谱的强度公式可知，拉曼光谱的强度与待测物质的密度、拉曼散射截面积成正比，而气体的密度小、散射截面小，从而使得待测气体在入射光的激发下，产生的拉曼光信号的强度较低，造成现有检测装置在检测待测气体时灵敏度更低。

由拉曼光谱的强度公式可知，通过给气体加压增加待测气体的密度或是调整拉曼光的收集角度或是提高激发光强度I₀或是提高所述入射光与待测气体相互作用的有效长度L，可以提高待测物质产生拉曼光的强度，进而提高检测装置的检测灵敏度，但是发明人研究发现，给气体加压或调整拉曼光的收集角度只能小幅提升拉曼光的强度，对检测装置灵敏度的提升较为有限，而单纯通过提高激光的功率来达到提高激发光的强度的方法，会显著增加检测成本。

基于上述研究的基础上，本申请实施例提供了一种检测装置，如图1所示，该检测装置包括：

密封腔体10，所述密封腔体10上具有第一窗口A和第二窗口B，且所述密封腔体10内具有待测气体，所述待测气体在通过所述第一窗口A入射的激发光C的激发下，产生拉曼光信号；

位于所述密封腔体10内的反射元件20，所述反射元件20包括位于同一平面上且相对设置的第一球面镜M₁和第二球面镜M₂，其中，所述第一球面镜M₁的焦距和所述第二球面镜M₂的焦距相同，且所述第一球面镜M₁的球心O₁和所述第二球面镜M₂的球心O₂之间具有预设距离，所述预设距离大于零；

位于所述密封腔体10内的采集元件30，所述采集元件30用于采集所述拉曼光信号，所述拉曼光信号经所述第二窗口B射出后用于形成所述待测气体的光谱图；

真空泵40，所述真空泵40与所述密封腔体10上的第一通孔相连通，用于对所述密封腔体10抽真空；

气体输入元件50，所述气体输入元件50与所述密封腔体10上的第二通孔相连通，用于对所述密封腔体10输入待测气体。

需要说明的是，如果第一球面镜的球心和第二球面镜的球心完全重合，则根据过球心的光线将沿原路返回这一特性，经过第二球面镜的球心入射的激发光必沿原路离开第一球面镜和第二球面镜，从而无法使激发光在两个球面镜中经过多次反射，无法增强待测气体在入射光的激发下，产生的拉曼光信号。因此，在本申请实施例中，所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零，从而可以使激发光在两个球面镜中经过多次反射，增强待测气体在入射光的激发下，产生的拉曼光信号的强度。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，继续如图1所示，在所述第一球面镜M₁的球心O₁和所述第二球面镜M₁的球心O₂在第一方向Y上具有预设距离，其中，所述第一方向Y平行于所述反射元件20所在的平面且垂直于第二方向X，所述第二方向X是由所述第一球面镜M₁指向所述第二球面镜M₂；可选的，所述预设距离的取值范围为0.2mm-0.5mm，包括端点值。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述待测气体为SF₆分解特征气体，具体的，所述SF₆分解特征气体包括SO₂，H₂S和SF₆等气体；在本申请其他实施例中所述待测气体还可以为其他待测气体，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

本申请实施例所提供的检测装置中，位于所述密封腔体内的反射元件包括位于同一平面上且相对设置的第一球面镜和第二球面镜，所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零，从而在入射光射入所述第一球面镜和第二球面镜之间后，可以在所述第一球面镜和所述第二球面镜之间进行多次反射，以增强位于所述第一球面镜和所述第二球面镜之间的气体在所述入射光的作用下产生的拉曼光信号强度，进而提高所述检测装置基于所述拉曼光信号进行信号检测的灵敏度。

因此，本申请实施例所提供的检测装置，在用于SF₆分解特征气体的检测时，灵敏度较高，从而在利用SF₆分解特征气体进行GIS故障检测，可以快速、高效的对SF₆分解特征气体中所含的微量成分进行检测，从而可以为后续对SF₆分解特征气体中各特征组分进行定性、定量分析提供了解决方案，以期尽可能达到在现场环境下进行GIS故障检测的需求。

需要说明的是，由于SF₆分解特征气体中的SO₂，H₂S等气体为具有腐蚀性的气体时，为了防止在对具有腐蚀性的待测气体进行检测时，待测气体对检测装置的密封腔体进行腐蚀，影响所述检测装置的使用寿命。在本申请上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述密封腔体为不锈钢密封腔体，从而可以防止待测气体对其腐蚀，在本申请的其他实施例中，所述密封腔体还可以采用其他耐腐蚀性材质制成，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

如图2和图3所示，图2示出了利用本申请实施例所提供的检测装置对SF₆分解特征气体进行检测时获得的SO₂的拉曼光谱，图3示出了利用本申请实施例所提供的检测装置对SF₆分解特征气体进行检测时获得的SF₆的拉曼光谱。从图2和图3可以看出，本申请实施例所提供的检测装置在对SF₆分解特征气体进行检测时，可以获得较为明显的特征谱峰图，灵敏度较高。

在本申请上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一窗口的透光率大于或等于95％，以增大所述第一窗口的透光率，使得入射光尽可能多的进入所述密封腔体，从而在不增加入射光的发射装置成本的前提下，增加所述密封腔体中待测气体受到的入射光的强度；同理，所述第二窗口的透光率大于或等于95％，以增加所述第二窗口的透光率，从而使得所述密封腔体中产生的拉曼光信号尽可能多的经所述第二窗***出，进而增加用于形成待测气体的光谱图的光信号，提高所述检测装置的灵敏度。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图4所示，所述采集元件30包括第一透镜L₁、滤光片F和第二透镜L₂，其中，所述第一透镜L₁用于汇聚所述待测气体在入射光(即入射的激发光)的激发下产生的拉曼光信号，并将其转换成第一平行光输出给所述滤光片F；所述滤光片F用于对所述第一平行光进行过滤，将所述拉曼光信号中混入的入射光以及待测物体在激发光激发下产生的瑞利散射光(即待测物体在激发光激发下产生的与入射光相同波长的光线)进行滤除，形成第二平行光输出给所述第二透镜L₂，以避免该入射光以及瑞利散射光(即与入射光相同波长的散射光)对后续所形成的待测气体的光谱图产生影响，影响检测结果；所述第二透镜L₂用于将所述第二平行光转换成汇聚光经过所述第二窗口B射出，以便提高形成所述待测气体的光谱图的拉曼光信号强度。可选的，所述滤光片为长通滤光片。

需要说明的是，所述第一透镜的焦距越小，所述第一透镜能够收集的从反射元件射出的拉曼光信号的立体角度越大，第一透镜汇聚的拉曼光信号越多；所述第二透镜的焦距越大，其出射的第二平行光转换成的汇聚光的立体角度越小，从而使得该汇聚光信号在经传输线路(如光纤)传输至待测气体的光谱形成结构时，耦合到该传输线路内(例如光纤)的立体角越小，进而使得该汇聚光在光纤内的传播损耗越小，以减少汇聚光在传输过程中的损耗，以进一步提高形成所述待测气体的光谱图的拉曼光信号强度。故在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一透镜的焦距小于所述第二透镜的焦距，以进一步提高形成所述待测气体的光谱图的拉曼光信号强度。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一透镜的透光率大于或等于95％，以减少拉曼光信号在经过所述第一透镜时的反射光，增强拉曼光信号在经过所述第一透镜时的透射光，提高拉曼光信号的透射率；同理，所述第二透镜的透光率大于或等于95％，以减少所述第一平行光在经过所述第二透镜时的反射光，增强所述第一平行光在经过所述第二透镜时的透射光，提高后续用于形成所述待测气体的光谱图的拉曼光信号强度。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图5所示，所述第一通孔与所述真空泵40之间具有第一传输管路，所述第一传输管路上具有第一控制阀K₁，所述第一控制阀K₁用于控制所述真空泵40与所述密封腔体10之间通路的通断；

所述第二通孔与所述气体输入元件50之间具有第二传输管路，所述第二传输管路上具有第二控制阀K₂，所述第二控制阀K₂用于控制所述气体输入元件50与所述密封腔体10之间通路的通断。

可选的，所述第一控制阀为不锈钢控制阀，以防止具有腐蚀性的待测气体对所述第一控制阀造成腐蚀；所述第二控制阀为不锈钢控制阀，以防止具有腐蚀性的待测气体对所述第二控制阀造成腐蚀，在本申请的其他实施例中，所述第一控制阀和所述第二控制阀还可以为其他具有耐腐蚀性的材质制成，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

在本申请上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述检测装置还包括：压力检测计，用于检测所述密封腔体内部的压力，以便于通过所述压力检测计控制所述第二控制阀的关断，以控制所述气体输入元件向所述密封腔体中输入的待测气体量。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，继续如图5所示，还包括：处理元件，所述处理元件用于基于所述采集元件30射出的拉曼光信号形成所述待测气体的光谱图；可选的，所述处理元件包括光谱仪61和计算机62，其中，所述光谱仪用于将拉曼光信号转换成电信号，所述计算机用于基于所述拉曼光信号转换成的电信号形成待测气体的光谱图。

可选的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述采集元件30射出的拉曼光信号通过光纤80传输给所述光谱仪61，所述处理元件基于所述采集元件30采集的拉曼光信号形成所述待测气体的光谱图，并将所述光谱图显示在计算机62上。

需要说明的是，所述计算机可以为台式计算机，在本申请其他实施例中，所述计算机还可以为笔记本电脑，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述检测装置还包括：

激光器70，用于通过所述第一窗口A向所述密封腔体10中所述第一球面镜和所述第二球面镜之间射入激发光，以便于位于所述第一球面镜和所述第二球面镜之间的待测气体在激发光的作用下，产生拉曼光信号。

可选的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述激光器发射的激发光的波长为532nm、功率为300mW的激光，在本申请的其他实施例中，所述激光器还可以选用能够发射其他波长和功率的激光的激光器，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

综上，本申请实施例中提供的检测装置中，位于所述密封腔体内的反射元件包括位于同一平面上且相对设置的第一球面镜和第二球面镜，其中，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零，从而在入射光射入第一球面镜和第二球面镜之间后，可以在第一球面镜和第二球面镜中经过多次反射，以增强位于所述第一球面镜和所述第二球面镜之间的待测气体在所述入射光的作用下产生的拉曼光信号强度，进而提高检测装置基于所述拉曼光信号进行信号检测的灵敏度。

相应的，本申请还提供了一种检测方法，应用于上述任一实施例中提供的检测装置，如图6所示，该检测方法包括：

S1：利用真空泵，对密封腔体抽真空，然后利用气体输入元件向所述密封腔体内充入待测气体；

S2：通过第一窗口向所述密封腔体内所述反射元件中的第一球面镜和所述第二球面镜之间射入激发光，所述待测气体在所述激发光的激发下产生拉曼光信号；

S3：利用采集元件采集所述拉曼光信号，所述拉曼光信号经所述第二窗***出后用于形成所述待测气体的光谱图。

需要说的是，本申请实施例所提供的检测方法中，先对密封腔体抽真空后，再向所述密封腔体内充入待测气体是为了排除密封腔体内的非待测气体的干扰，便于标定位于密封腔内的待测气体中各成分的浓度及待测气体的定性和定量分析。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一球面镜和所述第二球面镜位于同一平面上且相对设置，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零。具体的，在本申请的一个实施例中，所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心在第一方向上具有预设距离，其中，所述第一方向平行于所述反射元件所在的平面且垂直于第二方向，所述第二方向是由所述第一球面镜指向所述第二球面镜；可选的，所述预设距离的取值范围为0.2mm-0.5mm，包括端点值。

在本申请上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一窗口的透光率大于或等于95％，以增大所述第一窗口的透光率，使得入射光尽可能多的进入所述密封腔体，从而在不增加入射光的发射装置成本的前提下，增加所述密封腔体中待测气体受到的入射光的强度；同理，所述第二窗口的透光率大于或等于95％，以增加所述第二窗口的透光率，从而使得所述密封腔体中产生的拉曼光信号尽可能多的经所述第二窗***出，进而增加用于形成待测气体的光谱图的光信号，提高所述检测装置的灵敏度。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述采集元件包括第一透镜、滤光片和第二透镜，其中，所述第一透镜用于汇聚所述待测气体在入射光(即入射的激发光)的激发下产生的拉曼光信号，并将其转换成第一平行光输出给所述滤光片；所述滤光片用于对所述第一平行光进行过滤，将所述拉曼光信号中混入的入射光以及瑞利散射光(即待测气体在激发光的激发下产生的与入射光相同波长的光线)进行滤除，形成第二平行光输出给所述第二透镜，以避免该入射光以及瑞利散射光(即与入射光相同波长的散射光)对后续所形成的待测气体的光谱图产生影响，影响检测结果；所述第二透镜用于将所述第二平行光转换成汇聚光经过所述第二窗***出，以便提高形成所述待测气体的光谱图的拉曼光信号强度。可选的，滤光片为长通滤光片。

需要说明的是，所述第一透镜的焦距越小，所述第一透镜能够收集的从反射元件射出的拉曼光信号的立体角度越大，第一透镜汇聚的拉曼光信号越多；所述第二透镜的焦距越大，其出射的第二平行光转换成的汇聚光的立体角度越小，从而使得该汇聚光信号在经传输线路(如光纤)传输至待测气体的光谱形成结构时，耦合到该传输线路内(例如光纤)的立体角越小，进而使得该汇聚光在光纤内的传播损耗越小，以减少汇聚光在传输过程中的损耗，以进一步提高形成所述待测气体的光谱图的拉曼光信号强度。故在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一透镜的焦距小于所述第二透镜的焦距，以进一步提高形成所述待测气体的光谱图的拉曼光信号强度。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一透镜的透光率大于或等于95％，以减少拉曼光信号在经过所述第一透镜时的反射光，增强拉曼光信号在经过所述第一透镜时的透射光，提高拉曼光信号的透射率；同理，所述第二透镜的透光率大于或等于95％，以减少所述第一平行光在经过所述第二透镜时的反射光，增强所述第一平行光在经过所述第二透镜时的透射光，提高后续用于形成所述待测气体的光谱图的拉曼光信号强度。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一透镜的焦距大于所述第一球面镜和所述第二球面镜的焦距，以防止对拉曼光信号的传输造成影响。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一通孔与所述真空泵之间具有第一传输管路，所述第一传输管路上具有第一控制阀，相应的，该方法还包括：

通过控制第一控制阀，控制所述真空泵与所述密封腔体之间通路的通断，以控制所述密封腔体内的真空度。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第二通孔与所述气体输入元件之间具有第二传输管路，所述第二传输管路上具有第二控制阀，相应的，该方法还包括：

通过控制第二控制阀，控制所述气体输入元件与所述密封腔体之间通路的通断，以控制所述密封腔体内的待测气体量。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述检测装置还包括压力检测计，相应的，该方法还包括：

基于压力检测计检测的密封腔体内的压强，控制所述第二控制阀的开断，从而控制所述气体输入元件向所述密封腔体中输入的待测气体量。

本申请实施例所提供的检测方法，通过第一窗口向所述密封腔体内所述反射元件中的第一球面镜和所述第二球面镜之间射入激发光，所述第一球面镜和第二球面镜位于同一平面上且相对设置，其中，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零，从而在入射光在射入到第一球面镜和第二球面镜之间后，在第一球面镜和第二球面镜之间经过多次反射，以增强位于第一球面镜和第二球面镜之间的待测气体在入射光的作用下产生的拉曼光信号强度，进而提高该检测方法基于所述拉曼光信号进行信号检测的灵敏度。

可选的，继续如图5所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述利用采集元件30采集所述拉曼光信号之前还包括：

调整所述采集元件30的中心轴线H₁H₂相对于所述第一球面镜M₁和所述第二球面镜M₂的中心连线T₁T₂之间的夹角α，其中，所述第一球面镜M₁和所述第二球面镜M₂的中心连线T₁T₂平行于所述第二方向X，使得所述采集元件30采集到的拉曼光信号最多，从而提高所述拉曼光信号的强度，进一步提高检测的灵敏度。需要说明的是，在本申请实施例中，所述第一球面镜M₁和所述第二球面镜M₂的中心连线T₁T₂为所述第一球面镜M₁和所述第二球面镜M₂的球心连线O₁O₂的垂直平分线。

可选的，所述采集元件30的中心轴线H₁H₂相对于所述第一球面镜M₁和所述第二球面镜M₂的中心连线T₁T₂之间的夹角α的取值为30°-90°包括端点值。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述检测装置还包括：激光器70，相应的，该方法还包括：

调节激光器，使得所述激光器发射的激发光通过第一窗***入所述密封腔体中所述第一球面镜和所述第二球面镜之间，以便于位于所述第一球面镜和所述第二球面镜之间的待测气体在该激发光的作用下，产生拉曼光信号。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述检测装置还包括处理元件，所述处理元件包括光谱仪和计算机，相应的，该方法还包括：

利用所述光谱仪采集所述采集元件经所述第二窗***出的拉曼光信号，并将其转换成电信号输出给所述计算机；

利用所述计算机对所述电信号进行处理，形成所述待测气体的拉曼光谱图，并将其输出。

需要说明的是，所述计算机可以为台式计算机，在本申请其他实施例中，所述计算机还可以为笔记本电脑，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

下面结合一具体实施例，对本申请提供的检测装置的工作过程进行描述：

先利用真空泵对密封腔体抽真空，然后利用气体输入元件向所述密封腔体内充入待测气体；

然后通过第一窗口向所述密封腔体内所述反射元件中的第一球面镜和所述第二球面镜之间射入激发光，所述激发光经过第二球面镜的球心O₂照射到第一球面镜上，再经第一球面镜反射经过第一球面镜的球心O₁到达第二球面镜上，然后在经第二球面镜反射经过第二球面镜的球心O₂到达第一球面镜的上，如此在第一球面镜和第二球面镜之间经过多次反射，使得位于第一球面镜的球心O₁和第二球面镜的球心O₂附近待测气体在该激发光的激发下形成的拉曼光信号增强；

接着通过调整所述采集元件相对于所述激发光入射光路的角度，使得所述采集元件采集到的拉曼光信号最多，并将采集到的拉曼光信号通过所述第二窗***出；

最后，所述采集元件射出的拉曼光信号通过光纤传输给处理元件中的光谱仪，所述处理元件基于所述采集元件采集射出的拉曼光信号形成所述待测气体的光谱图，并将所述光谱图显示在计算机上。

实验表明，利用本申请实施例所提供的检测方法，可以使得位于第一球面镜的球心O₁和第二球面镜的球心O₂附近拉曼光信号的强度提高10-100个数量级；

综上所述，本申请实施例中提供的检测装置及检测方法中，反射元件包括位于同一平面上且相对设置的第一球面镜和第二球面镜，其中，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零，从而在入射光(即入射的激发光)射入所述第一球面镜和第二球面镜之间后，可以在所述第一球面镜和所述第二球面镜之间进行多次反射，以增强位于所述第一球面镜和所述第二球面镜之间的待测气体在所述入射光的作用下产生的拉曼光信号强度，进而提高所述检测装置基于所述拉曼光信号进行信号检测的灵敏度。

因此，本申请实施例所提供的检测装置，在用于SF₆分解特征气体的检测时，灵敏度较高，从而在利用SF₆分解特征气体进行GIS故障检测，可以快速、高效的对SF₆分解特征气体中所含的微量成分进行检测，从而可以为后续对SF₆分解特征气体中各特征组分进行定性、定量分析提供了解决方案，以期尽可能达到在现场环境下进行GIS故障检测的需求。

本说明书中各个部分采用递进和并列的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种检测装置，其特征在于，包括：

密封腔体，所述密封腔体上具有第一窗口和第二窗口，且所述密封腔体内具有待测气体，所述待测气体在通过所述第一窗口入射的激发光的激发下，产生拉曼光信号；

位于所述密封腔体内的反射元件，所述反射元件包括位于同一平面上且相对设置的第一球面镜和第二球面镜，其中，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零；

位于所述密封腔体内的采集元件，所述采集元件用于采集所述拉曼光信号，所述拉曼光信号经所述第二窗***出后用于形成所述待测气体的光谱图；

真空泵，所述真空泵与所述密封腔体上的第一通孔相连通，用于对所述密封腔体抽真空；

气体输入元件，所述气体输入元件与所述密封腔体上的第二通孔相连通，用于对所述密封腔体输入待测气体。

2.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心在第一方向上具有预设距离，其中，所述第一方向平行于所述反射元件所在的平面且垂直于第二方向，所述第二方向是由所述第一球面镜指向所述第二球面镜；

所述预设距离的取值范围为0.2mm-0.5mm，包括端点值。

3.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述采集元件包括第一透镜、滤光片和第二透镜，其中，所述第一透镜用于汇聚所述待测气体在入射光的激发下产生的拉曼光信号，并将其转换成第一平行光，所述滤光片用于对所述第一平行光进行过滤，形成第二平行光，所述第二透镜用于将所述第二平行光转换成汇聚光经过所述第二窗***出，以形成所述待测气体的光谱图。

4.如权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述第一透镜的焦距小于所述第二透镜的焦距。

5.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述第一通孔与所述真空泵之间具有第一传输管路，所述第一传输管路上具有第一控制阀，所述第一控制阀用于控制所述真空泵与所述密封腔体之间通路的通断；

所述第二通孔与所述气体输入元件之间具有第二传输管路，所述第二传输管路上具有第二控制阀，所述第二控制阀用于控制所述气体输入元件与所述密封腔体之间通路的通断。

6.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述密封腔体为不锈钢密封腔体。

7.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括：

处理元件，所述处理元件包括光谱仪和计算机，用于基于所述采集元件采集射出的拉曼光信号形成所述待测气体的光谱图；

激光器，用于通过所述第一窗口向所述密封腔体射入激发光。

8.如权利要求1所述的检测装置，其特征在于，还包括：压力检测计，用于检测所述密封腔体内部的压力。

9.一种检测方法，应用于权利要求1-8任一项所述的检测装置，其特征在于，该方法包括：

利用真空泵对密封腔体抽真空，然后利用气体输入元件向所述密封腔体内充入待测气体；

通过第一窗口向所述密封腔体内所述反射元件中的第一球面镜和所述第二球面镜之间射入激发光，所述待测气体在所述激发光的激发下产生拉曼光信号；

利用采集元件采集所述拉曼光信号，所述拉曼光信号经第二窗***出后用于形成所述待测气体的光谱图；

其中，所述第一球面镜和所述第二球面镜位于同一平面上且相对设置，所述第一球面镜的焦距和所述第二球面镜的焦距相同，且所述第一球面镜的球心和所述第二球面镜的球心之间具有预设距离，所述预设距离大于零。

10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于，所述利用采集元件采集所述拉曼光信号之前还包括：

调整所述采集元件的中心轴线相对于所述第一球面镜和所述第二球面镜的中心连线之间的夹角，使得所述采集元件采集到的拉曼光信号最多。