(57)【要約】      （修正有）【課題】光音響分光法を用いて流体内の成分の存在を検出するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】サンプル流体を有する第１のチャンバ２１８と、第１のチャンバに結合された第２のチャンバ２１６とを備え、第２のチャンバは、基準流体を有する。本システムは、変調光源２０２を備え、変調光線をサンプル流体と基準流体とに照射し、第１のチャンバ内で第１の音響信号２３８を生成し、第２のチャンバ内で第２の音響信号２４０を生成する。さらに、第１のチャンバと第２のチャンバとの間に配置された圧力センサ２３６を備え、第１の音響信号と第２の音響信号との差を検出する。本システムは、圧力センサに通信可能に結合され、差を表す信号を受信し、サンプル流体内の成分およびその成分の濃度の少なくとも一方を判断するよう構成されるプロセッサ式モジュール２２８を備える。【選択図】図２
2015049243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル流体（２３２）を有する第１のチャンバ（２１８）と、
前記第１のチャンバ（２１８）に結合され、基準流体（２３４）を有する第２のチャンバ（２１６）と、
前記サンプル流体（２３２）および前記基準流体（２３４）に変調光線（２０２）を照射し、前記第１のチャンバ（２１８）内に第１の音響信号（２３８）を、および前記第２のチャンバ（２１６）内に第２の音響信号（２４０）を生成する変調光源（２０２）と、
前記第１のチャンバ（２１８）と前記第２のチャンバ（２１６）との間に配置され、前記第１の音響信号（２３８）と前記第２の音響信号（２４０）との差を検出する圧力センサ（２３６）と、
前記圧力センサ（２３６）に通信可能に結合され、前記圧力センサ（２３６）からの前記差を表す信号を受信し、前記差を表す前記信号に基づいて、前記サンプル流体（２３２）内の成分（２３０）および前記成分（２３０）の濃度の少なくとも一方を判断するよう構成される、プロセッサ式モジュール（２２８）と
を備える、システム。
【請求項２】
前記サンプル流体（２３２）が、サンプル液体（２４２）をさらに備え、前記成分（２３０）が、前記サンプル液体（２４２）内に溶解したガス状成分である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ガス状成分が、アセチレン、水素、メタン、エタン、エチレン、二酸化炭素、水気、ならびに一酸化炭素、およびそれらの組み合わせを備える、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記基準流体（２３４）が、基準液体（２４４）を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記変調光源（２０２）が、前記成分（２３０）のスペクトル吸収波長の範囲内のビーム波長を有する前記変調光線（２０２）を照射するレーザ源を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記変調光源（２０２）が、光源（２０６）と、前記光線の強度、前記光線の波長、および前記光源（２０６）のパラメータの少なくとも１つを制御するための変調デバイス（２０８）とを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記圧力センサ（２３６）が、圧電効果式センサ、カンチレバー式センサ、水中マイク、キャパシタンス式センサ、または膜式センサを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１のチャンバ（２１８）および前記第２のチャンバ（２１６）が、並置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のチャンバ（２１８）および前記第２のチャンバ（２１６）が、同心配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１のチャンバ（２１８）および前記第２のチャンバ（２１６）が、圧力センサ（２３６）によって隔てられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
第１のチャンバ（２１８）内のサンプル流体（２３２）と前記第１のチャンバ（２１８）に結合される第２のチャンバ（２１６）内の基準流体（２３４）とに変調光線（２０２）を照射するステップと、
前記照射された変調光線（２０２）に応じて、前記第１のチャンバ（２１８）内で第１の音響信号（２３８）を、ならびに前記第２のチャンバ（２１６）内で第２の音響信号（２４０）を生成するステップと、
前記第１のチャンバ（２１８）および前記第２のチャンバ（２１６）の間に配置される圧力センサ（２３６）を介して、前記第１の音響信号（２３８）と前記第２の音響信号（２４０）との差を検出するステップと、
前記圧力センサ（２３６）からプロセッサ式モジュール（２２８）に前記差を表す信号を送信するステップと、
前記差を表す前記信号に基づいて、前記プロセッサ式モジュール（２２８）を介して、前記サンプル流体（２３２）内の成分（２３０）および前記成分（２３０）の濃度の少なくとも一方を判断するステップと
を備える、方法。
【請求項１２】
前記照射するステップが、前記成分（２３０）のスペクトル吸収波長の範囲内のビーム波長を有する前記変調光線（２０２）を生成するステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記照射するステップが、前記光線の強度および前記光線の波長の少なくとも一方を変調するステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の音響信号（２３８）を生成するステップが、前記サンプル流体（２３２）のサンプル液体（２４２）に対応する第３の音響信号（２４６）と、前記サンプル流体（２３２）の前記成分（２３０）に対応する第４の音響信号（２４８）とを生成するステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の音響信号（２４０）が、基準液体（２４４）を備える前記基準流体（２３４）に対応する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記検出するステップが、前記圧力センサ（２３６）の第１の側（２５０）に送信される前記第３の音響信号（２４６）を、前記圧力信号の前記第１の側（２５０）と反対側の第２の側（２５２）に送信される前記第２の音響信号（２４０）を介して、中和するか、または実質的に中和するステップを備える、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記差を表す前記信号が、光信号、電気信号、および圧力信号のうちの１つを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記判断するステップが、前記差を表す前記信号の振幅値を測定するステップを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記判断するステップが、前記測定された振幅値に基づいて、前記成分（２３０）の前記濃度を測定するステップを備える、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する発明の主題は、一般に、検出システムに関し、特に、光音響分光（ＰＡＳ）技術を使用して流体内の成分およびその成分の濃度の少なくとも一方を測定するための検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器などの電気機器は、良好な温度特性および絶縁特性を有する流体を使用して、電気機器の構成部品を格納容器内に封入し、コイルから生じた熱の拡散を可能にする。流体は、ひまし油、鉱油、または塩素化ジフェニル・シリコーン油などの合成油などの油としてもよい。
【０００３】
電気機器または変圧器のコイルなどの電気機器の構成部品の故障により、作業が中断される可能性がある。電気機器をモニタリングし、故障を初期段階で検出することで潜在的な故障を予測することが望ましい。電気機器をモニタリングする既知の方法には、機器を循環する流体のさまざまなパラメータを分析することが含まれる。
【０００４】
流体内に総可燃性ガス（ＴＣＧ）が存在することにより、流体内に浸漬した電気機器の動作状態についての情報をもたらすことが知られる。欠陥を早期に検出することを可能にするために、流体内の溶解ガスを分析する。一酸化炭素や二酸化炭素などのガス状成分の存在およびそれらの濃度は、例えば、機器の熱エージングを示す可能性がある。同様に、水素や炭化水素などのガス状成分は、その他の欠陥の中でも絶縁破壊を示す可能性がある。
【０００５】
ガスクロマトグラフィー（ＧＣ）、光学スペクトロスコピー、および光音響分光（ＰＡＳ）などの溶解ガスを分析する既知の方法では、流体からガスを抽出する必要がある。真空抽出法およびヘッドスペース抽出法などの既知の抽出技術は、繰り返し精度の問題や、複雑さの増大などの障害の影響を受ける。
【０００６】
電気機器で使用される流体内の成分およびその成分の濃度の少なくとも一方を測定するための技術を向上する必要がある。
【発明の概要】
【０００７】
一態様により、サンプル流体内の成分を検出するシステムを開示する。本システムは、サンプル流体を格納する第１のチャンバと、第１のチャンバに結合された第２のチャンバとを備え、第２のチャンバは、基準流体を格納する。本システムはまた、変調光源を備え、変調光線をサンプル流体と基準流体とに照射し、第１のチャンバ内で第１の音響信号を生成し、第２のチャンバ内で第２の音響信号を生成する。本システムはさらに、第１のチャンバと第２のチャンバとの間に配置された圧力センサを備え、第１の音響信号と第２の音響信号との差を検出する。本システムは、圧力センサに通信可能に結合され、圧力センサからの差を表す信号を受信し、差を表す信号に基づいて、サンプル流体内の成分およびその成分の濃度の少なくとも一方を判断するよう構成された、プロセッサ式モジュールを備える。
【０００８】
他の態様により、サンプル流体内の成分を検出する方法を開示する。本方法は、第１のチャンバ内のサンプル流体と第２のチャンバ内の基準流体とに変調光線を照射することを含み、第２のチャンバは、第１のチャンバに結合される。本方法は、照射された変調光線に応じて、第１のチャンバ内で第１の音響信号を生成することと、第２のチャンバ内で第２の音響信号を生成することとを含む。本方法はさらに、第１のチャンバと第２のチャンバとの間に配置された圧力センサを介して、第１の音響信号と第２の音響信号との差を検出することを含む。本方法はまた、差を表す信号を、圧力センサからプロセッサ式モジュールに送信することと、差を表す信号に基づいて、プロセッサ式モジュールを介して、サンプル流体内の成分およびその成分の濃度の少なくとも一方を判断することとを含む。
【０００９】
本発明の実施形態のこれらおよびその他の特徴および態様は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことで、より理解されるであろう。添付図面内で、同様の参照符号は、図面全体を通じて、同様の部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的な実施形態によりモニタリングされる電気設備を説明する図である。
【図２】例示的な実施形態による検出システムを説明する図である。
【図３】例示的実施形態による圧力波面の中心および圧力センサの相対位置を示す図である。
【図４】例示的な実施形態による圧力センサによって検出された圧力波の変化を示すグラフである。
【図５】例示的な実施形態による並置型検出システムを示す図である。
【図６】例示的な実施形態による並置型検出システムの上面図を示す。
【図７】例示的な実施形態による同心配置型検出システムを示す図である。
【図８】２つのチャンバに仕切られた単一筐体を有する検出システムを示す図である。
【図９】例示的な実施形態による基準液体に対応する光音圧波の振幅の変動を表すグラフである。
【図１０】例示的な実施形態によるサンプル流体内の成分に対応する光音圧波の振幅の変動を表すグラフである。
【図１１】例示的な実施形態による基準液体の吸収スペクトルを表すグラフである。
【図１２】例示的な実施形態による複数のガス状成分に対応する吸収スペクトルを表すグラフである。
【図１３】例示的な実施形態による液体内に溶解した成分を検出する際に必要となる例示的なステップを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施形態は、分光法を用いて流体内の成分の存在を検出するシステムおよび方法に関する。具体的には、技術的効果は、ある実施形態において、液体内の溶解ガスの組成物および濃度を、光音響分光（ＰＡＳ）技術を用いて判断することである。変調光源からの光線は、第１のチャンバ内のサンプル流体と、第１のチャンバに結合された第２のチャンバ内の基準流体とに照射される。第１のチャンバと第２のチャンバとの間に配置された圧力センサは、第１のチャンバ内で生成された第１の音響信号と、第２のチャンバ内で生成された第２の音響信号との差を測定する。圧力センサに通信可能に結合されたプロセッサ式モジュールは、圧力センサからの差を表す信号を受信し、差を表す信号に基づいて、サンプル流体の成分およびその成分の濃度の少なくとも一方を判断する。
【００１２】
図１は、本明細書で開示する機器を検査するための例示的システムを組み込む電気設備１００を示す。電気設備１００は、検査対象である機器１０４および１０６を有する電気的インフラ１０２を有する。図示した実施形態において、機器１０４および１０６は変圧器である。機器１０４は、例示的な検査システム１０８によってモニタリングされ、機器１０６は、他の例示的検査システム１１０によってモニタリングされる。さらに、携帯用診断サブシステム１１４をモバイルオペレータ１１２が使用して、機器１０４および１０６の正常性を迅速および正確に診断してもよい。さらに、電気設備１００はまた、遠隔モニタリングおよび診断サブシステム１１６を備え、連続的な資産モニタリング能力を提供してもよい。この例における遠隔モニタリングには、オンライン欠陥モニタリングおよび欠陥の傾向化を含み、機器１０４および１０６の欠陥を予測する。本明細書では、図示した電気設備１００は、限定することを意図しないことを留意されたい。言い換えると、例示的な検査システムは、流体内の成分の存在を検出することが必要なその他の用途に適用可能である。
【００１３】
図２は、例示的な実施形態による検査システム１０８および１１０の少なくとも１つで使用される検出システム２００を示す。検出システム２００は、変調光源２０２を備え、第１のチャンバ２１８内に充填されたサンプル流体２３２に変調光線２２０を照射し、「第１の音響信号」２３８を生成する。本明細書における「第１の音響信号」２３８は、サンプル流体２３２の温度の変動によって生成される圧力信号であり、温度の変動は、変調光線２２０に起因する。変調光源２０２はさらに、第２のチャンバ２１６内に充填された基準流体２３４に変調光線２２２を照射し、「第２の音響信号」２４０を生成する。本明細書における「第２の音響信号」２４０は、基準流体２３４の温度の変動によって生成される圧力信号であり、温度の変動は、変調光線２２２に起因する。図示した実施形態において、単一光源２０６が、光学部品２０４、２１４、２１５を使用して、変調光線２２０、２２２を生成する。代替実施形態において、変調光源２０２は、変調光線２２０を照射する第１の変調光源と、変調光線２２２を照射する第２の変調光源とを備える。
【００１４】
図示した実施形態において、変調光源２０２は、光線２５４を生成する光源２０６と、変調光線２２０、２２２を生成する変調デバイス２０８とを備える。一実施形態において、光源２０６は、レーザ光源である。代替実施形態において、光源２０６は、広帯域光源、可同調ダイオード（ＴＤ）レーザ、または量子カスケードレーザ原としてもよい。図示した実施形態において、変調光源２０２は、光源２０６からの光線２５４を反射するために使用する反射板２０４を備える。
【００１５】
変調デバイス２０８は、光線の強度、光線の波長、光源２０６のパラメータ、および／または反射板２０４の特性の少なくとも１つを制御することによって、反射板２０４を介した光源２０６からの光線２５４を変調する。図示した実施形態において、変調デバイス２０８は、複数のスロット２１０を有する回転可能ディスク２０９を備える。回転可能ディスク２０９を使用して、スロット２１０を介して、光パルスの形式で、変調光線を生成する。代替実施形態において、変調デバイス２０８を使用して、他の適切な技術により、光源２０６からの光線２５４の強度を変調することができる。特定の実施形態の１つにおいて、変調デバイス２０８を使用して、光線の波長を変調してもよい。いくつかの実施形態において、変調デバイス２０８はまた、光源２０６の一部としてもよい。ある実施形態において、光源２０６からの光線２５４は、光源２０６の１つまたは複数のパラメータを変更することによって変調することができる。一実施形態において、光源２０６の温度を変調して、変調光線を生成してもよい。他の実施形態において、光源２０６を稼働させるための電流を変化させ、変調光線を生成してもよい。変調光線は、流体内の１つまたは複数の成分の存在を検出するのに適切な波長の範囲を有する。
【００１６】
図示した実施形態において、変調光源２０２は、反射板２０４と光源２０６とを備える。光源２０６は、反射板２０４に当たり、反射光線２５４を作り出す光線を生成する。変調光源２０２はまた、光線２５４をフィルタリングするフィルタ２１２を備え、要求される波長に対応する。特定の実施形態において、フィルタ２１２は、異なる波長を有する複数のフィルタレンズを備える。さらに、ビームスプリッタ２１４および反射板２１５を使用して、フィルタ２１２のフィルタリングされた出力から、変調光線２２０、２２２を生成する。図示した実施形態において、２つの変調光線２２０、２２２が、単一の変調光源２０２から生成される。他の実施形態において、２つの光源を使用して、２つの変調光線を生成してもよい。
【００１７】
図示した実施形態において、サンプル流体２３２は、サンプル液体２４２に溶解された成分２３０を含み、基準流体２３４は、基準液体２４４を含む。他の実施形態において、サンプル流体は、サンプル液体内の成分を有する懸濁液であってもよい。例示的な実施形態において、サンプル液体２４２および基準液体２４４は、検査対象の装置、例えば、変圧器で使用される絶縁油とすることができる。成分２３０は、アセチレン、水素、メタン、エタン、エチレン、二酸化炭素、一酸化炭素、または水気などのガス状成分の少なくとも１つとすることができる。一実施形態において、サンプル液体２４２の成分は、基準液体２４４の成分と正確に同じとしてもよい。他の実施形態において、サンプル液体２４２の成分は、基準液体２４４の成分と実質的に同じとしてもよい。
【００１８】
第１のチャンバ２１８内で生成される第１の音響信号２３８は、サンプル液体２４２の存在により生成される第３の音響信号２４６と、成分２３０の存在により生成される第４の音響信号２４８とを備える。本明細書における「第３の音響信号」２４６は、変調光線２２０によるサンプル液体２４２の温度の変動によって生成される圧力信号である。本明細書における「第４の音響信号」２４８は、変調光線２２０による成分２３０の温度の変動によって生成される圧力信号である。本明細書における「第２の音響信号」２４０は、変調光線２２２による基準液体２４４の温度の変動によって生成される圧力信号である。図示した実施形態において、サンプル液体２４２に対応する光吸収スペクトルは、基準液体２４４に対応する光吸収スペクトルと同じである。成分２３０に対応する光吸収スペクトルは、サンプル液体２４２に対応する光吸収スペクトルとは異なる。
【００１９】
図示した実施形態において、第１のチャンバ２１８は、第２のチャンバ２１６に結合され、振動板２２４によって互いから隔てられる。圧力センサ２３６が、第１のチャンバ２１８と第２のチャンバ２１６との間の振動板２２４に配置される。第１の音響信号２３８は、圧力センサ２３６の第１の側２５０に送信され、第２の音響信号２４０は、圧力センサ２３６の第１の側２５０とは反対側の第２の側２５２に送信される。サンプル液体２４２に対応する第３の音響信号２４６は、圧力センサ２３６の第１の側２５０に送信される。サンプル液体２４２の成分が、基準液体２４４の成分と同じである一実施形態において、第３の音響信号２４６は、基準液体２４４に対応する第２の音響信号２４０を中和または相殺する。サンプル液体２４２の成分が、基準液体２４４の成分と実質的に同じである他の実施形態において、第３の音響信号２４６は、第２の音響信号２４０を実質的に中和する。一例において、第３の音響信号２４６は、約８０ｄＢ低減する。他の実施形態において、低減の範囲は、約４０から１００ｄＢである。
【００２０】
圧力センサ２３６は、第１の音響信号２３８と第２の音響信号２４０との差を検出し、その差を表す信号を生成する。言い換えると、圧力センサ２３６は、成分２３０を表す圧力信号を検出する。
【００２１】
一実施形態において、圧力センサ２３６は、振動板２２４に位置づけられる。代替実施形態において、振動板２２４は、第１のチャンバ２１８を第２のチャンバ２１６から隔てる圧力センサであってもよい。一実施形態において、圧力センサ２３６は、圧電式圧力センサである。そのような実施形態において、圧力センサ２３６は、圧電効果または圧抵抗効果を用いて、第１の音響信号２３８と第２の音響信号２４０との差を検出することができる。その他のある実施形態において、圧力センサ２３６は、カンチレバー式圧力センサもしくは膜式圧力センサ、マイクロフォン、水中マイク、またはキャパシタンス式センサとしてもよい。
【００２２】
プロセッサ式モジュール２２８は、圧力センサ２３６に通信可能に結合され、圧力センサ２３６からの第１の音響信号２３８と第２の音響信号２４０との差を表す信号を受信するよう構成される。プロセッサ式モジュール２２８はまた、第１の音響信号２３８と第２の音響信号２４０との差を表す信号に基づいて、サンプル流体２３２内の成分と成分２３０の濃度との少なくとも一方を判断するよう構成される。
【００２３】
プロセッサ式モジュール２２８は、コントローラ、汎用プロセッサ、または埋込システムを含んでもよい。プロセッサ式モジュール２２８は、キーボードまたはコントロールパネルなどの入力デバイスを通じて、ユーザからのさらなる入力を受信することができる。プロセッサ式モジュール２２８はまた、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または他の種類のコンピュータ読取り可能メモリなどのメモリモジュールに通信可能に結合してもよい。そのようなメモリモジュールは、プロセッサ式モジュール２２８に、成分の少なくとも１つと成分２３０の濃度とを判断するための一連のステップを可能にするよう指示するためのプログラムで符号化してもよい。代替実施形態において、例示的検出システム２００のすべての構成部品は、検査システム１０８、１１０（図１に示す）と一体化された単一のスタンドアロンモジュールとして組み込んでもよい。
【００２４】
図３は、例示的な実施形態による、圧力波面の中心と、音響（すなわち、圧力）信号を測定するために使用する圧力センサとの相対位置を示す概略図３００である。図示した実施形態において、長方形３０２は、チャンバを表し、点３０４は、変調光線が長方形３０２によって表されるチャンバ内の流体によって受け取られる、チャンバ内の位置を表す。具体的には、点３０４は、変調光線によって流体内に生成された圧力波面の中心を示す。一実施形態において、長方形３０２は、第１のチャンバを表してもよく、点３０４は、第１の音響信号を表す圧力波の中心を示す。他の実施形態において、長方形３０２は、第２のチャンバを表してもよく、点３０４は、第２の音響信号を表す圧力波の中心を示す。図示した実施形態において、圧力センサ３０６は、長方形３０２を基準とした位置に配置される。図示した実施形態において、圧力波の中心は、点３０４として表されるが、他の実施形態において、圧力波はまた、チャンバ内に充填された流体に対する線に沿う変調光線によって作り出される線に沿って生成されてもよい。
【００２５】
図４は、図３の例示的な実施形態による圧力波面の変化を示すグラフ４００を示す。プロットグラフのｘ軸４０２は、マイクロ秒単位の時間を表し、グラフ４００のｙ軸４０４は、パスカル単位の圧力を表す。波形４０６は、圧力センサによって検出された圧力波を表す。
【００２６】
図５は、例示的な実施形態による並置型検出システム５００を示す図である。図示した実施形態において、第１のチャンバ５０２は、第２のチャンバ５０４に結合され、並置される。圧力センサ５０６が、第１のチャンバ５０２と第２のチャンバ５０４との間の垂直板に沿って配置される。変調光線５０８、５１０が、それぞれ、第１および第２のチャンバ５０２、５０４内に垂直方向に照射される。他の実施形態において、変調光線５０８、５１０は、水平方向に照射されてもよく、圧力センサ５０６は、第１のチャンバ５０２と第２のチャンバ５０４との間の水平板に沿って配置されてもよい。
【００２７】
図６は、例示的な検出システム６００の上面図を示す。図示した実施形態において、検出システム６００は、円形の第２のチャンバ６０４に結合された円形の第１のチャンバ６０２を備える。圧力センサ６０６は、円形の第１のチャンバ６０２と、円形の第２のチャンバ６０４との間に配置される。本明細書で説明する実施形態は、制限するものではなく、第１のチャンバ６０２および第２のチャンバ６０４は、第１の音響信号と第２の音響信号との間の共通信号（「共通モード信号」とも呼ばれる）を実質的に除去するように、任意の他の方法で配置してもよい。本明細書で説明する実施形態では、チャンバは２つのみであるが、例示的技術は、３つ以上のチャンバを有するシステムに適用可能である。複数のチャンバを使用することによって、二重化および複数の成分の検出をもたらすことができる。
【００２８】
図７は、例示的な実施形態による同心配置型検出システム７００の上面図である。検出システム７００は、第１のチャンバ７０２と、第１のチャンバ７０２内に同心円状に配置された第２のチャンバ７０４とを備える。第１のチャンバ７０２と、第２のチャンバ７０４との両方は、円筒状の形状である。図示した実施形態において、振動板７０６は、第１のチャンバ７０２と第２のチャンバ７０４との間に配置される。圧力センサ７０８は、振動板７０６内に配置される。あるいは、振動板７０６自体を圧力センサとしてもよい。
【００２９】
図８は、検出システム８００の他の例示的な実施形態を示す。検出システム８００は、振動板８０４によって仕切られた単一の筐体８０２を備え、第１のチャンバ８０６と第２のチャンバ８０８とを形成する。振動板８０４は、第１のチャンバ８０６内で生成された第１の圧力波と、第２のチャンバ８０８内で生成された第２の圧力波との差を測定するための圧力センサ８１０を備える。他の実施形態において、振動板８０４自体を圧力センサとしてもよい。
【００３０】
図９は、例示的な実施形態による基準液体に対応する光音圧波の振幅の変動を示すグラフ９００である。グラフ９００において、ｘ軸９０２は、ｐｐｍ（百万分率）単位の濃度を表し、ｙ軸９０４は、パスカル単位のピーク圧力を表す。曲線９０６は、基準液体により生成された光音圧波の振幅を表す。本明細書では、４．７×１０５Ｐａの振幅値は、次の図１０で示される実施形態によるサンプル液体内に溶解する成分により生成された光音圧波の振幅より高いことに留意されよう。
【００３１】
図１０は、例示的な実施形態によるサンプル液体内に溶解された成分に対応する光音圧波の振幅を表すグラフ１０００を示す。グラフ１０００において、ｘ軸１００２は、ｐｐｍ（百万分率）単位の濃度を表し、ｙ軸１００４は、パスカル単位のピーク圧力を表す。曲線１００６は、サンプル液体内に溶解された成分により生成された光音圧波の振幅を表す。図示した実施形態において、曲線１００６の振幅値は、０Ｐａから１２Ｐａの範囲であり、図９に示した基準液体の振幅値と比べて小さい。
【００３２】
図１１は、例えば、例示的な実施形態による、変圧器システムの（０．５ｍｍの経路長での）絶縁油に対応する吸収スペクトルを表すグラフ１１００を示す。グラフ１１００のｘ軸１１０２は、（ｃｍ−１で示される）波数を表し、グラフ１１００のｙ軸１１０４は、パーセント値での吸収度を表す。曲線１１０６は、番号１１０８、１１１０でそれぞれ表される波数２０００ｃｍ−１および３５００ｃｍ−１で、約５０％の最小吸収度値を有する絶縁油の吸収スペクトルを表す。
【００３３】
図１２は、例示的な実施形態による（５００ｐｐｍ、および１ｍｍ経路長を有する）複数のガス状成分に対応する吸収スペクトルを表すグラフ１２００を示す。グラフ１２００のｘ軸１２０２は、（ｃｍ−１単位での）波数を表し、グラフ１２００のｙ軸１２０４は、パーセント値での吸収度を表す。曲線１２０６は、二酸化炭素の吸収スペクトルを表し、曲線１２０８は、メタンの吸収スペクトルを表し、曲線１２１０は、アセチレンの吸収スペクトルを表す。グラフ１２００では、アセチレンは、参照番号１２１２で表される波長３３００ｃｍ−１でピーク吸収度値０．０５％を示し、メタンは、参照番号１２１４で表される波数３１００ｃｍ−１でピーク吸収度値０．２％を示し、二酸化炭素は、波長２３００ｃｍ−１でピーク吸収度値１．４％（グラフには示さず）を示す。本明細書では、図１２で示したガス状成分に対応するピーク吸収度値は、絶縁油のピーク吸収度値と比較して低いことに留意されたい。本明細書で説明するさまざまな実施形態におけるすべての値は、本発明を限定するものと解釈されるべきではないことに留意されたい。
【００３４】
図１３は、例示的な実施形態による検出方法に含まれる例示的なステップを示すフローチャート１３００である。本方法は、光線２５４の強度および光線の波長の少なくとも一方を変調することによって、変調光線を生成するステップ１３０２を含む。光線は、レーザ源などの光源によって生成される。変調光線は、第１のチャンバ内のサンプル流体に伝えられる（１３０４）。サンプル流体は、サンプル液体と、サンプル液体内に溶解された成分とを含む。変調光線は、サンプル流体内の成分のスペクトル吸収波長の範囲内のビーム波長を有する。本明細書で説明する方法では、一実施形態において、サンプル流体内のサンプル液体は、変圧器システム内の絶縁油としてもよい。照射された変調光は、サンプル流体内で変調熱流束を生成する。変調熱流束の伝搬によって、サンプル流体内に圧力波が生成される。第１の音響信号が、第１のチャンバ内に生成される（１３０６）。第１の音響信号は、サンプル液体に対応する第３の音響信号と、サンプル流体内の成分に対応する第４の音響信号とを含む。
【００３５】
変調光線はまた、第２のチャンバ内の基準流体に伝えられる（１３０８）。一実施形態において、基準流体は、基準液体として、変圧器システムの絶縁油を含む。第２の音響信号は、第２のチャンバ内で生成され（１３１０）、基準液体に対応する圧力信号を表す。第１の音響信号は、第１のチャンバと第２のチャンバとの間に配置された圧力センサの第１の側に送信される。第２の音響信号は、圧力センサの第１の側とは反対側の第２の側に送信される。サンプル液体に対応する第３の音響信号は、基準液体に対応する第２の音響信号を完全に中和するか、または実質的に中和する（１３１２）。圧力センサは、第１の音響信号と第２の音響信号との差を検出する（１３１４）。
【００３６】
差を表す信号は、使用する圧力センサの種類に基づいて、光信号、電気信号、および圧力信号のうちの１つを含んでもよい。差を表す信号は、圧力センサから、プロセッサ式モジュールに送信される（１３１６）。プロセッサ式モジュールは、差を表す信号の振幅値を測定する。一実施形態において、測定された振幅値は、差を表す信号のピーク値である可能性がある。一実施形態において、差を表す信号の位相情報を使用して、振幅値を判断してもよい。
【００３７】
プロセッサ式モジュールは、変調光線の波長の範囲に基づいて、成分を判断する（１３２０）。いくつかの実施形態において、ガス状成分に対応するデータと、それらに対応する吸収スペクトル範囲とを有するルックアップテーブルを使用して、成分を判断してもよい。一例において、変調光線の波長が、２２００から２４００ｃｍ−１の範囲の波数に対応する場合、プロセッサ式モジュールは、その成分を二酸化炭素と判断する。他の例において、変調光線の波長が、２９００から３１００ｃｍ−１の範囲の波数に対応する場合、その成分はメタンであると決定される。さらに他の例において、変調光線の波長が、３２００から３４００ｃｍ−１の範囲の波数に対応する場合、その成分はアセチレンであると決定される。
【００３８】
一実施形態において、成分の濃度は、測定した振幅値に基づき、所定のキャリブレーションチャートを使用して、判断してもよい（１３２２）。一実施形態において、キャリブレーションチャートは、伝達関数に基づいて決定してもよい。他の実施形態において、キャリブレーションチャートは、シミュレーション結果に基づいて決定してもよい。キャリブレーションチャートは、ガス状成分のそれぞれに対応する振幅値の範囲に対する濃度値のデータエントリを有するルックアップテーブルである。
【００３９】
検査するための例示的なシステムおよび方法により、光音響分光（ＰＡＳ）を使用して、流体内の成分の濃度を判断することが可能となる。本技術は、サンプル液体に対応する比較的大きな振幅の光音圧波で成分に対応する小さな振幅の光音圧波を検出する。電気的変圧器システムの場合では、例えば、例示的技術により、絶縁油からガス状成分を抽出することなく、溶解されたガスの分析を行う。
【００４０】
上記したすべてのそのような目的または利点が、必ずしも、任意の特定の実施形態により実現される可能性があるわけではないことが理解されよう。したがって、例えば、当業者は、本明細書で説明したシステムおよび技術が、本明細書で教示または提案されるであろうような他の目的または利点を必ずしも実現することなく、本明細書で教示される１つの利点または複数の利点を実現または改善する方法で、実施または実行してもよいことが認識されよう。
【００４１】
本技術は、限られた数の実施形態のみと関連して説明してきたが、本発明がそのような開示された実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本技術は、これまでに説明していないが、特許請求の範囲の主旨および範囲に対応する、任意の数の変化、変更、代替、または同等の構成を組み込むよう変更することができる。さらに、本技術のさまざまな実施形態を説明してきたが、本発明の態様は、説明した実施形態の一部のみを含む可能性があることも理解されよう。したがって、本発明は、上記によって限定されると見なされるべきではないが、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００４２】
１００  電気設備
１０２  電気的インフラ
１０４  機器
１０６  機器
１０８  検査システム
１１０  検査システム
１１２  モバイルオペレータ
１１４  携帯用診断サブシステム
１１６  遠隔モニタリングおよび診断サブシステム
２００  検出システム
２０２  変調光源
２０４  反射板
２０６  光源
２０８  変調デバイス
２０９  回転可能ディスク
２１０  スロット
２１２  フィルタ
２１４  ビームスプリッタ
２１５  反射板
２１６  第２のチャンバ
２１８  第１のチャンバ
２２０  変調光線
２２２  変調光線
２２４  振動板
２２８  プロセッサ式モジュール
２３０  成分
２３２  サンプル流体
２３４  基準流体
２３６  圧力センサ
２３８  第１の音響信号
２４０  第２の音響信号
２４２  サンプル液体
２４４  基準液体
２４６  第３の音響信号
２４８  第４の音響信号
２５０  第１の側
２５２  第２の側
２５４  光線
３００  概略図
３０２  長方形
３０４  点
３０６  圧力センサ
４００  グラフ
４０２  ｘ軸
４０４  ｙ軸
４０６  波形
５００  並置型検出システム
５０２  第１のチャンバ
５０４  第２のチャンバ
５０６  圧力センサ
５０８  変調光線
５１０  変調光線
６００  検出システム
６０２  第１のチャンバ
６０４  第２のチャンバ
７００  検出システム
７０２  第１のチャンバ
７０４  第２のチャンバ
７０６  振動板
７０８  圧力センサ
８００  検出システム
８０２  筐体
８０４  振動板
８０６  第１のチャンバ
８０８  第２のチャンバ
８１０  圧力センサ
９００  グラフ
９０２  ｘ軸
９０４  ｙ軸
９０６  曲線
１０００  グラフ
１００２  ｘ軸
１００４  ｙ軸
１００６  曲線
１１００  グラフ
１１０２  ｘ軸
１１０４  ｙ軸
１１０６  曲線
１２００  グラフ
１２０２  ｘ軸
１２０４  ｙ軸
１２０６  曲線
１２０８  曲線
１２１０  曲線
１３０２  変調光線を生成
１３０４  変調光線を、第１のチャンバ内のサンプル流体に照射
１３０６  サンプル溶液に対応する第３の音響信号およびサンプル流体の成分に対応する第４の音響信号を備える第１のチャンバ内に第１の音響信号を生成
１３０８  変調光線を、第２のチャンバ内の基準流体に照射
１３１０  基準溶液に対応する第２のチャンバ内に第２の音響信号を生成
１３１２  圧力センサで第２の音響信号を介して第３の音響信号を中和
１３１４  圧力センサによって、第１の音響信号と第２の音響信号との差を検出
１３１６  差をプロセッサ式モジュールに送信
１３１８  差の振幅と、振幅に対応する波長とを測定
１３２０  波長に基づいて、成分の種類を判断
１３２２  振幅に基づいて、成分の濃度を判断
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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