痕量氣體通常是指體積濃度在百萬分之一以下的氣體,對痕量氣體進行檢測在諸多領域中都具有十分重要的應用,例如,在醫(yī)學領域中,對人體呼出氣體中的一氧化碳濃度進行檢測可以診斷某些呼吸系統(tǒng)疾病;在電氣領域中,對電路中的乙炔氣體進行檢測可以判斷電路中的低壓放電故障;在工業(yè)領域中,對生產(chǎn)或使用的易燃、易爆、有毒等氣體進行實時監(jiān)測可防止一些危險事故的發(fā)生,因此提升痕量體檢測靈敏度也將會促進這些應用技術的發(fā)展。光聲光譜（Photoacoustic Spectroscopy,PAS）技術因其具有優(yōu)秀的檢測性能、良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性以及較大的動態(tài)范圍大等優(yōu)點而被重點應用在了痕量氣體檢測方面,PAS技術通過探測目標氣體吸收光學能量后產(chǎn)生的聲信號的強度來獲得氣體的濃度信息,在相同的氣體濃度下,氣體吸收的能量越多,光聲信號就越強,系統(tǒng)的檢測靈敏度也就越高,因此針對這一特性,本文對基于吸收增強的光聲光譜痕量氣體檢測技術展開了研究。首先,本文對PAS技術的相關理論進行了介紹,以氣體分子的能量組成為出發(fā)點,分析了氣體分子產(chǎn)生紅外吸收的原理與條件,進而闡述了氣體對光學能量的吸收定律以及各線型函數(shù)的選擇,最后對PAS的基本原理... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于PAS的多氣體檢測系統(tǒng)

第1章緒論-3-2006年，洛桑聯(lián)邦理工學院Jean-PhilippeBesson等人[18]采用PAS技術在近紅外對氨氣（NH3）進行了檢測，系統(tǒng)裝置如圖1-2，實驗是在1532nm附近對NH3進行了檢測，光源是一臺可調(diào)諧半導體激光器，并且使用了一臺EDFA提升了激光功率，實現(xiàn)了對光聲信號的提高，該實驗中使用了氧氣（O2）和氮氣（N2）模擬了在干燥空氣下對NH3的檢測，并且進一步研究了H2O和二氧化碳（CO2）對NH3檢測的影響。最終系統(tǒng)積分時間設定為10s，得到了在干燥空氣條件下NH3的最小檢測極限為6ppb。圖1-2基于PAS的近紅外NH3檢測系統(tǒng)圖1-3基于PAS技術的快速響應氣體濃度傳感系統(tǒng)2010年，匈牙利科學院激光物理研究組ZoltanBozoki等人[19]搭建了一個基于PAS技術的快速響應氣體濃度傳感系統(tǒng)，并且使用該系統(tǒng)檢測了H2O，系統(tǒng)裝置如圖1-3所示。系統(tǒng)使用了一臺波長在1371nm的半導體激光器，激光功率是20mW，系統(tǒng)還使用了一個完全開放式的聲學共振管，并在共振管一端長度的四分之一位置處放置了兩個窗口鏡，使激光束從共振管的側(cè)面入射，在共振管另一端長度的四分之一位置處相互垂直地設置了兩個麥克風用來對氣體產(chǎn)生的光聲信號進行探測，麥克風最終探測到的信號經(jīng)過前置差分放大器和鎖相放大器處理后輸入到計算機中進行分析，最終當系統(tǒng)的積分時間設定為100ms時，實現(xiàn)了對H2O的88ppm的最小檢測極限。

第1章緒論-3-2006年，洛桑聯(lián)邦理工學院Jean-PhilippeBesson等人[18]采用PAS技術在近紅外對氨氣（NH3）進行了檢測，系統(tǒng)裝置如圖1-2，實驗是在1532nm附近對NH3進行了檢測，光源是一臺可調(diào)諧半導體激光器，并且使用了一臺EDFA提升了激光功率，實現(xiàn)了對光聲信號的提高，該實驗中使用了氧氣（O2）和氮氣（N2）模擬了在干燥空氣下對NH3的檢測，并且進一步研究了H2O和二氧化碳（CO2）對NH3檢測的影響。最終系統(tǒng)積分時間設定為10s，得到了在干燥空氣條件下NH3的最小檢測極限為6ppb。圖1-2基于PAS的近紅外NH3檢測系統(tǒng)圖1-3基于PAS技術的快速響應氣體濃度傳感系統(tǒng)2010年，匈牙利科學院激光物理研究組ZoltanBozoki等人[19]搭建了一個基于PAS技術的快速響應氣體濃度傳感系統(tǒng)，并且使用該系統(tǒng)檢測了H2O，系統(tǒng)裝置如圖1-3所示。系統(tǒng)使用了一臺波長在1371nm的半導體激光器，激光功率是20mW，系統(tǒng)還使用了一個完全開放式的聲學共振管，并在共振管一端長度的四分之一位置處放置了兩個窗口鏡，使激光束從共振管的側(cè)面入射，在共振管另一端長度的四分之一位置處相互垂直地設置了兩個麥克風用來對氣體產(chǎn)生的光聲信號進行探測，麥克風最終探測到的信號經(jīng)過前置差分放大器和鎖相放大器處理后輸入到計算機中進行分析，最終當系統(tǒng)的積分時間設定為100ms時，實現(xiàn)了對H2O的88ppm的最小檢測極限。

【參考文獻】：
期刊論文
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[7]基于共振型高靈敏度光聲光譜技術探測痕量乙炔氣體濃度[J]. 查申龍,劉錕,朱公棟,談圖,汪磊,王貴師,梅教旭,高曉明.  光譜學與光譜分析. 2017(09)
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[10]光聲光譜火災氣體探測系統(tǒng)[J]. 蔣亞龍,王進軍,祝玉泉.  中國安全生產(chǎn)科學技術. 2012(02)

博士論文
[1]氣體紅外吸收光譜檢測信號的分析研究[D]. 劉永寧.山東大學 2016
[2]差分吸收光譜技術在環(huán)境監(jiān)測中的理論和應用研究[D]. 張學典.天津大學 2007

碩士論文
[1]波長調(diào)制光譜技術中免標定氣體檢測方法的研究及優(yōu)化[D]. 程禾堯.東南大學 2017
[2]基于TDLAS技術的痕量氣體乙烯的檢測分析系統(tǒng)[D]. 陳迎迎.哈爾濱工業(yè)大學 2011
[3]一階縱向光聲池及多組分氣體光聲光譜檢測特性研究[D]. 劉冰潔.重慶大學 2011
[4]石英增強光聲光譜技術研究與探索[D]. 鮑偉義.重慶大學 2011



本文編號：3263062