激光喇曼光谱作为物质结构、性能分析的有力工具,已经广泛用于固体、液体材料的分析应用。对于痕量气体的分析灵敏度还显不够,增强气体激光喇曼光谱的探测灵敏度具有深远的意义。本文应用激光喇曼光谱增强技术来分析电力变压器中的溶解气体。变压器油中溶解气体分析法(Dissolved Gas Analysis, DGA )己被公认为是监测和诊断充油电力变压器早期故障、预防灾难性事故的最好方法。各种变压器故障诊断技术都是依据DGA数据、理化数据、电气性能数据等从各自方向进行常规诊断,然后再进行终合分析。而油中溶解气体分析是各种诊断技术的重中之重。探索溶解气体分析的新方法具有重要的现实意义。变压器油中溶解气体的种类通常有十多种,多种痕量气体探测仍然是近年来研究的热点领域。各种气体探测技术都取得了快速发展并在不同的气体探测领域得到了广泛的应用。目前,气相色谱技术被广泛应用于变压器油中溶解气体的诊断,并取得了一定的成功。然而,色谱技术需要通过色谱柱将各种气体成分进行分离,然后对不同的气体成分分别采用不同的气体探测器或不同的气体探测方法进行分析。其测试过程复杂、定性能力和定量重复性都不好。因此,寻找一种简单、直接、同时探测多种气体成分的方法有着现实的意义。气体的喇曼光谱技术就具有以上优点,不需要分离混合气体,使用单一波长的激光器就可以同时检测出油中的多种气体。且具有非常好的定性、定量分析能力。但由于气体分子的喇曼散射信号弱,又有强的瑞利散射的干扰,难以实现多种气体的高灵敏探测。多年来,应用喇曼光谱探测变压器油中溶解气体的研究几乎是空白,随着激光器和探测器技术的发展,本文尝试着通过喇曼光谱技术来实现变压器油中溶解气体的探测。为了提高气体分子的探测灵敏度,我们分别尝试了表面增强喇曼光谱技术(SERS)和激光喇曼光谱方法,也取得了较为满意的结果。首先,通过表面增强喇曼光谱技术研究了一些典型的溶解气体成分,气体表面增强喇曼光谱的探测灵敏度提高了两到三个数量级,这对于许多气体成分的探测具有重要意义。但同时也发现有些气体的喇曼散射光谱线发生了消失、大的频率移动和谱线加宽等现象,这限制了气体成分的定性定量分析。本文从表面增强喇曼光谱的电磁增强机理出发,采用双振子电磁模型,重点对表面增强喇曼谱线的频移问题进行了理论研究。结果发现活性衬底表面大粒子引起的表面等离子体色散、弛豫、辐射阻尼及粒子半径本身都会对喇曼光谱的频移和加宽产生一定的影响,尤其是由活性金属大粒子引起的表面等离子体色散对频移的影响更为明显。现有的理论大都是在小粒子近似下进行数值模拟计算,我们将这个模型的计算拓展到大粒子金属表面的情形,这对于应用双振子电磁模型研究SERS相对频移的问题更推进了一步。对金属活性衬底的制备具有一定的理论指导意义。最后,我们建立了一套完整的用于变压器油中溶解气体分析的激光喇曼实验系统。为了提高气体的探测灵敏度,在气体样品池内设计了一个近共焦增强腔,使得焦点附近的激光功率达到将近9W。为了提高了气体的探测灵敏度,我们还作了一系列的努力(比如腔内设有a notch filter、compound lens等)。使用这套装置,我们成功探测出了华东电力标准油样中分离出的混合气体,并得到了油中八种典型气体的喇曼光谱图。实现了变压器油中溶解气体的高灵敏度探测(几十个ppm量级)。目前处于产品商业转化阶段,这套系统的成功对电力系统的故障诊断将具有革命性的意义。