检索结果-南通市图书馆

作者：赵新瑜大连理工大学

学位级别：硕士

光声光谱(Photoacoustic Spectroscopy,PAS)技术因其具有灵敏度高、交叉干扰小、响应速度快以及免维护等优点,被广泛应用于微量气体的检测。传统的PAS基于单吸收程式光声池以及电容式微音器,限制了检测灵敏度的提升。本文从光激发增强... 详细信息

光声光谱(Photoacoustic Spectroscopy,PAS)技术因其具有灵敏度高、交叉干扰小、响应速度快以及免维护等优点,被广泛应用于微量气体的检测。传统的PAS基于单吸收程式光声池以及电容式微音器,限制了检测灵敏度的提升。本文从光激发增强、声波谐振增强、信号探测增强三个维度来提高光声信号的幅度以及检测精度,取得了以下成果:第一、对多通池的激励光功率增强原理进行了理论分析,详细计算了光斑位置坐标以及单次反射光程。对基于Herriott型的光声池进行了光束分析,仿真模拟及参数优化,并通过实验验证了理论分析和仿真的正确性。通过微量CH气体的探测实验,验证了基于多通池的光声信号增强技术能够实现气体探测灵敏度的提高。第二、对光纤声波传感器进行设计和优化,从光声信号探测增强的角度提高气体检测灵敏度。设计并制作一种基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)结构的光纤悬臂式声波传感器,采用激光微加工技术在厚度为10μm的不锈钢膜片上制作了高灵敏度悬臂梁式声波敏感元件。实验测试的频率响应表明,在一阶共振频率2602 Hz处,该传感器的灵敏度为8193 nm/Pa,弥补了传统电容式微音器灵敏度低、抗电磁干扰能力差、难以实现远距离测量等缺点。第三、将多通结构嵌入光声池,从光激发增强的角度提高气体的最低检测极限(Minimum Detection Limit,MDL),并结合光纤声波传感器,搭建了一套基于共振式多通光声池的光纤光声微量气体分析系统。气室容积仅为157 m L,光束反射20次,吸收光程为4 m,比单通结构的光声池性能提高约16倍。实验表明,系统的归一化噪声等效吸收(Normalized Noise Equivalent Absorption,NNEA)系数为8.3×10 cmW/Hz,当平均时间为500 s时,CH的MDL为3.7 ppb。第四、以声学谐振腔理论为基础,对高Q值差分式光声池模型进行了设计与优化,从声波谐振增强的角度提高检测系统的可靠性。搭建了一套基于差分式多通光声池的光声光谱微量气体分析系统,激光以0.8°的倾斜角入射到光声池,光程长高达4.92 m,光声信号幅度提高的同时流动噪声被大幅抑制。实验表明,NNEA系数为1.79×10 cmW/Hz,并实现了对CH的高灵敏度检测,当平均时间为500 s时,MDL达到0.6 ppb。该系统实现了对环境中CH的连续流动性监测,在微量气体实时在线监测的应用中有很好的发展前景。

关键词：微量气体检测光声光谱共振式光声池多通池光纤声波传感

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基于可调谐光纤激光器的C_2H_2气体光声光谱检测

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光谱学与光谱分析 2009年第8期29卷 2030-2033页

作者：彭勇于清旭大连理工大学光电工程学院辽宁大连116023 大连海事大学物理系辽宁大连116026

研制了基于可调谐掺Er光纤激光器的共振式光声光谱乙炔气体检测系统,结合波长调制和锁相放大器的二次谐波信号检测技术,有效地消除了光声池窗片和池壁吸收入射光而引起的背景噪声,通过对该系统的光学、声学和电子检测系统的优化,实现了... 详细信息

研制了基于可调谐掺Er光纤激光器的共振式光声光谱乙炔气体检测系统,结合波长调制和锁相放大器的二次谐波信号检测技术,有效地消除了光声池窗片和池壁吸收入射光而引起的背景噪声,通过对该系统的光学、声学和电子检测系统的优化,实现了低浓度乙炔气体的流动式检测。实验结果证明,当气体浓度较低时,二次谐波振幅与气体浓度成正比,其线性响应相关度达到0.99953。在常温常压和3.5mW平均光功率以及100ms锁相积分时间条件下,乙炔气体的极限检测灵敏度达到了0.3ppm(1ppm=1μg·mL-1)(SNR=1时),系统用可调谐掺Er光纤激光器代替半导体激光器作光源,降低了成本,为发展低成本、实用、便携式微量气体光谱检测仪器奠定了基础。若采用多光程光声池,或者采用EDFA提高激光功率,可大幅度提高信噪比,将极限检测灵敏度提高至ppb(1ppb=1ng·mL-1)量级。

关键词：波长调制光声光谱共振式光声池可调谐掺Er光纤激光器二次谐波检测乙炔

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基于近红外长光程光声光谱的痕量气体探测研究

基于近红外长光程光声光谱的痕量气体探测研究

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作者：赵赫郑州轻工业大学

学位级别：硕士

随着近年来科技迅速发展,众多领域对高灵敏度气体探测系统的需求越来越强,如能源开采、电力、大气环境监测、工业废气排放以及医疗等领域。光声光谱技术是近年来逐渐发展起来的一种灵敏度高、稳定性好、响应快、检测范围宽的气体探测技... 详细信息

随着近年来科技迅速发展,众多领域对高灵敏度气体探测系统的需求越来越强,如能源开采、电力、大气环境监测、工业废气排放以及医疗等领域。光声光谱技术是近年来逐渐发展起来的一种灵敏度高、稳定性好、响应快、检测范围宽的气体探测技术。本文研究了长光程结构与共振光声池结合的光声光谱系统,并获得较好的探测能力。根据光声光谱技术理论,分析了共振式光声池内光声信号的发生过程,通过研究多种因素对光声池特性的影响,设计了一阶纵向共振光声池,搭建了共振式光声光谱系统。为了进一步提升探测能力,提出了两种光程增长的方案,分别为基于角锥镜的双光程结构和基于Herriott反射池技术的长光程结构,并设计了一组Herriott反射镜。此外,基于Labview设计了上位机软件,实现了信号采集、数据处理和数据显示等功能。以氨气为研究对象,利用HITRAN数据库分析了干扰气体对氨气的交叉影响,确定氨气吸收谱线位置在1531.6nm。通过实验研究光声池的关键参数和光源调谐较优参数,确定了系统较优的工作条件。在实验平台上,通过进行氨气浓度梯度测量实验,研究双光程光声光谱系统和长光程光声光谱系统的响应特性。其中,双光程光声光谱系统在最佳平均时间436s时,达到最低检测限457ppbv,归一化等效噪声吸收系数为1.68×10W·cm·Hz。长光程光声系统在最佳平均时间100s时,达到最低检测限269ppbv,归一化等效噪声吸收系数为9.87×10W·cm·Hz。长光程光声光谱系统具有较好的快速性、检测能力和可靠性,本文实现了高灵敏度光声光谱探测系统。

关键词：光声光谱长光程共振式光声池近红外气体检测

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基于长光程近红外光声光谱的微量气体探测研究

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轻工学报 2019年第6期34卷 89-95页

作者：赵赫郑安平李银华齐汝宾郑州轻工业大学电气信息工程学院/河南省信息化电器重点实验室

针对采用高功率激光光源或外加功率放大设备以提高光声光谱探测灵敏度时存在系统成本较高和复杂度较大的缺点,基于普通一阶共振式光声池,引入Herriott型多次反射池技术,设计了一种基于长光程近红外光声光谱的微量气体探测系统.该系统通... 详细信息

针对采用高功率激光光源或外加功率放大设备以提高光声光谱探测灵敏度时存在系统成本较高和复杂度较大的缺点,基于普通一阶共振式光声池,引入Herriott型多次反射池技术,设计了一种基于长光程近红外光声光谱的微量气体探测系统.该系统通过Herriott结构使光束穿过光声池的光程增加,提高待测气体的吸收光强,并利用光声信号在光声池内共振增强的特性,实现在不增加光源功率的情况下有效增加光声转换功率,提高系统探测灵敏度.以NH 3为例进行的验证实验结果表明,在平均时间为100 s时,对NH 3的最低检测限达2.69×10^-7,1σ归一化等效噪声吸收系数为9.87×10^-11 W·cm^-1·Hz^-1/2,该系统结构简单,成本低廉,可以广泛应用于微量气体探测领域.

关键词：光声光谱共振式光声池长光程近红外

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