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(jìn)行檢測在諸多領(lǐng)域中都具有十分重要的應(yīng)用,例如,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中,對人體呼出氣體中的一氧化碳濃度進(jìn)行檢測可以診斷某些呼吸系統(tǒng)疾病;在電氣領(lǐng)域中,對電路中的乙炔氣體進(jìn)行檢測可以判斷電路中的低壓放電故障;在工業(yè)領(lǐng)域中,對生產(chǎn)或使用的易燃、易爆、有毒等氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測可防止一些危險(xiǎn)事故的發(fā)生,因此提升痕量體檢測靈敏度也將會促進(jìn)這些應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。光聲光譜（Photoacoustic Spectroscopy,PAS）技術(shù)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(diǎn)而被重點(diǎn)應(yīng)用在了痕量氣體檢測方面,PAS技術(shù)通過探測目標(biāo)氣體吸收光學(xué)能量后產(chǎn)生的聲信號的強(qiáng)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(qiáng),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(qiáng)的光聲光譜痕量氣體檢測技術(shù)展開了研究。首先,本文對PAS技術(shù)的相關(guān)理論進(jìn)行了介紹,以氣體分子的能量組成為出發(fā)點(diǎn),分析了氣體分子產(chǎn)生紅外吸收的原理與條件,進(jìn)而闡述了氣體對光學(xué)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(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)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(xué)院Jean-PhilippeBesson等人[18]采用PAS技術(shù)在近紅外對氨氣（NH3）進(jìn)行了檢測，系統(tǒng)裝置如圖1-2，實(shí)驗(yàn)是在1532nm附近對NH3進(jìn)行了檢測，光源是一臺可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，并且使用了一臺EDFA提升了激光功率，實(shí)現(xiàn)了對光聲信號的提高，該實(shí)驗(yàn)中使用了氧氣（O2）和氮?dú)猓∟2）模擬了在干燥空氣下對NH3的檢測，并且進(jìn)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(shí)間設(shè)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(shù)的快速響應(yīng)氣體濃度傳感系統(tǒng)2010年，匈牙利科學(xué)院激光物理研究組ZoltanBozoki等人[19]搭建了一個(gè)基于PAS技術(shù)的快速響應(yīng)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(dǎo)體激光器，激光功率是20mW，系統(tǒng)還使用了一個(gè)完全開放式的聲學(xué)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(gè)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(shè)置了兩個(gè)麥克風(fēng)用來對氣體產(chǎn)生的光聲信號進(jìn)行探測，麥克風(fēng)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(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析，最終當(dāng)系統(tǒng)的積分時(shí)間設(shè)定為100ms時(shí)，實(shí)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(xué)院Jean-PhilippeBesson等人[18]采用PAS技術(shù)在近紅外對氨氣（NH3）進(jìn)行了檢測，系統(tǒng)裝置如圖1-2，實(shí)驗(yàn)是在1532nm附近對NH3進(jìn)行了檢測，光源是一臺可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器，并且使用了一臺EDFA提升了激光功率，實(shí)現(xiàn)了對光聲信號的提高，該實(shí)驗(yàn)中使用了氧氣（O2）和氮?dú)猓∟2）模擬了在干燥空氣下對NH3的檢測，并且進(jìn)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(shí)間設(shè)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(shù)的快速響應(yīng)氣體濃度傳感系統(tǒng)2010年，匈牙利科學(xué)院激光物理研究組ZoltanBozoki等人[19]搭建了一個(gè)基于PAS技術(shù)的快速響應(yīng)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(dǎo)體激光器，激光功率是20mW，系統(tǒng)還使用了一個(gè)完全開放式的聲學(xué)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(gè)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(shè)置了兩個(gè)麥克風(fēng)用來對氣體產(chǎn)生的光聲信號進(jìn)行探測，麥克風(fēng)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(jì)算機(jī)中進(jìn)行分析，最終當(dāng)系統(tǒng)的積分時(shí)間設(shè)定為100ms時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對H2O的88ppm的最小檢測極限。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]波長調(diào)制光譜技術(shù)中免標(biāo)定氣體檢測方法的研究及優(yōu)化[D]. 程禾堯.東南大學(xué) 2017
[2]基于TDLAS技術(shù)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(xué) 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(xué) 2011
[4]石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)研究與探索[D]. 鮑偉義.重慶大學(xué) 2011



本文編號：3263062