Microcavity photothermal sensor for detecting dissolved acetylene gas in oil

MO Bingyu; WANG Haiting; MA Guoxiang; LI Chenxi; LI Zibin; HAN Menglong; CHEN Ke

doi:10.37188/OPE.20263415.2271

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Microcavity photothermal sensor for detecting dissolved acetylene gas in oil

Laser Spectroscopy Technology and Instrumentation | 更新时间：2026-08-20

- Microcavity photothermal sensor for detecting dissolved acetylene gas in oil
- Optics and Precision Engineering Vol. 34, Issue 15, Pages: 2271-2279(2026)
- 作者机构：
  
  1.国网青海省电力公司电力科学研究院，青海西宁 810008
  2.国网青海省电力公司，青海西宁 810008
  3.江南大学光电信息与物理科学学院，江苏无锡 214122
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20263415.2271
  CLC： O433.4;TP212
- CSTR：32169.14.OPE.20263415.2271
- Received：03 April 2026，
  
  Revised：2026-05-05，
  
  Online First：14 August 2026，
  
  Published：10 August 2026
- 稿件说明：
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莫冰玉,王海亭,马国祥等.用于油中溶解乙炔气体检测的微腔光热传感器[J].光学精密工程,2026,34(15):2271-2279.

MO Bingyu,WANG Haiting,MA Guoxiang,et al.Microcavity photothermal sensor for detecting dissolved acetylene gas in oil[J].Optics and Precision Engineering,2026,34(15):2271-2279.
莫冰玉,王海亭,马国祥等.用于油中溶解乙炔气体检测的微腔光热传感器[J].光学精密工程,2026,34(15):2271-2279. DOI： 10.37188/OPE.20263415.2271. CSTR： 32169.14.OPE.20263415.2271.

MO Bingyu,WANG Haiting,MA Guoxiang,et al.Microcavity photothermal sensor for detecting dissolved acetylene gas in oil[J].Optics and Precision Engineering,2026,34(15):2271-2279. DOI： 10.37188/OPE.20263415.2271. CSTR： 32169.14.OPE.20263415.2271.

摘要

为实现变压器油中溶解气体的在线检测，提出一种基于微腔光热传感器的油中溶解乙炔（C

）气体检测方法。基于光热光谱气体检测技术，设计了集油气分离和气体检测功能于一体的微型光纤光热传感探头，且气室体积仅为1 μL。将光纤法布里-珀罗（F-P）微腔作为气体吸收池和光学干涉仪，近红外激发光和探测光通过波分复用器（Wavelength Division Multiplexing， WDM）由单根光纤传输。其中，气体吸收产生的光热信号由光纤F-P干涉仪检测，并通过白光干涉相位解调方法读取信号。激发光经过掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier， EDFA）后

输出功率达到410 mW，系统对C

气体体积分数的检测灵敏度为0.064 pm/（μL/L）。实验结果表明，所设计的光纤光热气体传感系统对油中溶解C

气体体积分数检出限达到0.7 μL/L。该传感系统具有气室体积小、抗电磁干扰、无需抽油和现场便于安装的优势，为变压器油中溶解C

气体的检测提供了技术支持。

Abstract

An in situ method for online detection of dissolved acetylene （C

） in transformer oil is proposed using a microcavity photothermal （PT） sensor. A fiber-optic PT sensing probe integrating oil–gas separation and gas detection was designed based on PT spectroscopy. The sensing chamber has a volume of only 1 μL. The fiber-optic Fabry-Perot （F-P） microcavity functions simultaneously as a gas absorption cell and an optical interferometer. Near-infrared excitation and probe beams are transmitted through a single fiber via a wavelength-division multiplexer. The PT signal induced by gas absorption is detected using the F-P interferometer and retrieved through white-light interferometric phase demodulation. After erbium-doped fiber amplification， the excitation power reached 410 mW， and the C

sensitivity was 0.064 pm/（μL·L

）. Experiments yielded a detection limit of 0.7 μL/L for the volume fraction of dissolved C

in oil. The system offers a compact sensing chamber， immunity to electromagnetic interference， pump-free operation， and convenient field deployment， providing a practical approach to transformer-oil dissolved-gas monitoring.

关键词

Keywords

references

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