基于光聲光譜的二氧化碳測量技術(shù)研究
發(fā)布時間：2021-06-26 22:21
光聲光譜技術(shù)是一種以光聲效應為基礎(chǔ),具有響應速度快、測量時間短、檢測靈敏度高等優(yōu)點的新型光譜分析檢測技術(shù),已成為一種快速、安全、可靠的痕量氣體檢測手段。本文利用中心波長位于2.0μm的分布反饋式可調(diào)諧二極管激光器作為光源,搭建了二氧化碳（CO2）光聲光譜測量系統(tǒng),實驗中采用對樣品氣體加濕的方式,通過引入弛豫速率快的H2O分子有效降低CO2分子的弛豫時間,增加了CO2氣體的光聲信號強度,提高了系統(tǒng)的探測靈敏度。測量中選取4 998.35 cm-1處的CO2吸收譜線為研究對象,結(jié)合波長調(diào)制技術(shù),對CO2氣體進行了探測研究。首先通過對系統(tǒng)的評估,確定了系統(tǒng)的最佳調(diào)制頻率和最佳調(diào)制振幅為785 Hz和7.586 cm-1。然后通過對一系列不同濃度的CO2-N2混合樣品氣體在最優(yōu)實驗條件下的測量研究發(fā)現(xiàn),所測光聲信號與CO2氣體濃度之間具有良好的線性關(guān)系,進...
【文章來源】：光電子·激光. 2020,31(12)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
4 997-5 003 cm-1波長范圍內(nèi)的CO2、CO、H2O、
所搭建的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,光源為中心波長2.0 μm、功率3 mW的DFB型可調(diào)諧二極管激光器(Nanoplus)。函數(shù)發(fā)生器(RIGOL,DG1000Z)輸出的三角波和鎖相放大器(Zurich Instruments,MFLI)輸出的正弦波由加法器疊加后送入激光控制器(ILX Lightwave,LDC-3724C),實現(xiàn)對激光器輸出波長的掃描和調(diào)制。輸出激光經(jīng)準直器(Thorlabs,F260APC G1550)準直后入射到光聲池中,其透射光由功率計(Thorlabs,S120-FC)進行接收,實現(xiàn)對激光器功率的實時監(jiān)測。光聲池為硬鋁材料制成,兩側(cè)端口利用石英玻璃片(JGS3)密封;長度為100 mm直徑為10 mm的諧振腔內(nèi)表面進行拋光處理,可以有效降低池壁對所測氣體的吸收,諧振腔兩側(cè)的緩沖腔長度直徑均為50 mm,可抑制由窗片吸收入射光以及氣體流動產(chǎn)生的噪聲;為了獲得最大的光聲信號,高靈敏度柱形微音器(北京聲望,MP201)安裝在光聲池中間且緊貼內(nèi)壁的位置,其輸出信號經(jīng)前置放大器(北京聲望,MC102)放大后輸入到鎖相放大器進行解調(diào)得到所需信號。4 結(jié)果與討論
波長調(diào)制光譜的一個重要特點是其諧波信號幅值是調(diào)制振幅的函數(shù),對于本研究中采用的二次諧波而言,理論上最佳調(diào)制系數(shù)約為2.2,但由于實際測量系統(tǒng)會影響光譜的半高寬,所以實際值與理論值之間存在一定的差異,在此對0.1%CO2-N2氣體在不同調(diào)制振幅下的二次諧波信號幅值進行測量,結(jié)果如圖3(b)所示,可見本系統(tǒng)最佳調(diào)制振幅約為7.586 cm-1。4.2 系統(tǒng)測量準確度分析
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于2.004μm的離軸石英音叉增強型光聲光譜測量CO2的研究[J]. 解穎超,王瑞峰,曹淵,劉錕,高曉明. 光譜學與光譜分析. 2020(09)
[2]多組分變壓器油溶解氣體的傅里葉變換紅外光聲光譜定量檢測[J]. 劉麗嫻,宦惠庭,Mandelis Andreas,邵曉鵬. 光譜學與光譜分析. 2020(03)
[3]基于激光光聲光譜超高靈敏度檢測SF6分解組分H2S[J]. 陳珂,袁帥,宮振峰,于清旭. 中國激光. 2018(09)
[4]濕度和SF6在石英增強光聲光譜中對CO分子弛豫率的影響[J]. 衛(wèi)婷婷,武紅鵬,尹旭坤,董磊. 光學精密工程. 2018(08)
[5]石英增強光聲傳感技術(shù)研究進展[J]. 董磊,武紅鵬,鄭華丹,尹旭坤,馬維光,張雷,尹王保,肖連團,賈鎖堂. 中國激光. 2018(09)
[6]基于7.6μm量子級聯(lián)激光的光聲光譜探測N2O氣體[J]. 周彧,曹淵,朱公棟,劉錕,談圖,王利軍,高曉明. 物理學報. 2018(08)
[7]SF6氣體檢測技術(shù)的研究進展及發(fā)展趨勢[J]. 劉群群,齊汝賓,趙赫,鄭安平. 光學儀器. 2018(01)
[8]基于光聲光譜和腔衰蕩光譜的氣溶膠光學特性測量研究[J]. 張建鋒,潘孫強,陳哲敏,楊眉,裘越. 光電子·激光. 2017(02)
[9]光聲光譜與TDLAS技術(shù)在不同氣壓下的特性研究[J]. 陳奕鈧,鞠昱,韓立. 光譜學與光譜分析. 2017(01)
[10]光聲光譜技術(shù)進行氣體檢測研究綜述[J]. 逯美紅,郝瑞宇,王志軍,何春樂,周小芳. 長治學院學報. 2011(05)
本文編號：3252204
【文章來源】：光電子·激光. 2020,31(12)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：7 頁
【部分圖文】：
4 997-5 003 cm-1波長范圍內(nèi)的CO2、CO、H2O、
所搭建的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,光源為中心波長2.0 μm、功率3 mW的DFB型可調(diào)諧二極管激光器(Nanoplus)。函數(shù)發(fā)生器(RIGOL,DG1000Z)輸出的三角波和鎖相放大器(Zurich Instruments,MFLI)輸出的正弦波由加法器疊加后送入激光控制器(ILX Lightwave,LDC-3724C),實現(xiàn)對激光器輸出波長的掃描和調(diào)制。輸出激光經(jīng)準直器(Thorlabs,F260APC G1550)準直后入射到光聲池中,其透射光由功率計(Thorlabs,S120-FC)進行接收,實現(xiàn)對激光器功率的實時監(jiān)測。光聲池為硬鋁材料制成,兩側(cè)端口利用石英玻璃片(JGS3)密封;長度為100 mm直徑為10 mm的諧振腔內(nèi)表面進行拋光處理,可以有效降低池壁對所測氣體的吸收,諧振腔兩側(cè)的緩沖腔長度直徑均為50 mm,可抑制由窗片吸收入射光以及氣體流動產(chǎn)生的噪聲;為了獲得最大的光聲信號,高靈敏度柱形微音器(北京聲望,MP201)安裝在光聲池中間且緊貼內(nèi)壁的位置,其輸出信號經(jīng)前置放大器(北京聲望,MC102)放大后輸入到鎖相放大器進行解調(diào)得到所需信號。4 結(jié)果與討論
波長調(diào)制光譜的一個重要特點是其諧波信號幅值是調(diào)制振幅的函數(shù),對于本研究中采用的二次諧波而言,理論上最佳調(diào)制系數(shù)約為2.2,但由于實際測量系統(tǒng)會影響光譜的半高寬,所以實際值與理論值之間存在一定的差異,在此對0.1%CO2-N2氣體在不同調(diào)制振幅下的二次諧波信號幅值進行測量,結(jié)果如圖3(b)所示,可見本系統(tǒng)最佳調(diào)制振幅約為7.586 cm-1。4.2 系統(tǒng)測量準確度分析
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于2.004μm的離軸石英音叉增強型光聲光譜測量CO2的研究[J]. 解穎超,王瑞峰,曹淵,劉錕,高曉明. 光譜學與光譜分析. 2020(09)
[2]多組分變壓器油溶解氣體的傅里葉變換紅外光聲光譜定量檢測[J]. 劉麗嫻,宦惠庭,Mandelis Andreas,邵曉鵬. 光譜學與光譜分析. 2020(03)
[3]基于激光光聲光譜超高靈敏度檢測SF6分解組分H2S[J]. 陳珂,袁帥,宮振峰,于清旭. 中國激光. 2018(09)
[4]濕度和SF6在石英增強光聲光譜中對CO分子弛豫率的影響[J]. 衛(wèi)婷婷,武紅鵬,尹旭坤,董磊. 光學精密工程. 2018(08)
[5]石英增強光聲傳感技術(shù)研究進展[J]. 董磊,武紅鵬,鄭華丹,尹旭坤,馬維光,張雷,尹王保,肖連團,賈鎖堂. 中國激光. 2018(09)
[6]基于7.6μm量子級聯(lián)激光的光聲光譜探測N2O氣體[J]. 周彧,曹淵,朱公棟,劉錕,談圖,王利軍,高曉明. 物理學報. 2018(08)
[7]SF6氣體檢測技術(shù)的研究進展及發(fā)展趨勢[J]. 劉群群,齊汝賓,趙赫,鄭安平. 光學儀器. 2018(01)
[8]基于光聲光譜和腔衰蕩光譜的氣溶膠光學特性測量研究[J]. 張建鋒,潘孫強,陳哲敏,楊眉,裘越. 光電子·激光. 2017(02)
[9]光聲光譜與TDLAS技術(shù)在不同氣壓下的特性研究[J]. 陳奕鈧,鞠昱,韓立. 光譜學與光譜分析. 2017(01)
[10]光聲光譜技術(shù)進行氣體檢測研究綜述[J]. 逯美紅,郝瑞宇,王志軍,何春樂,周小芳. 長治學院學報. 2011(05)
本文編號：3252204
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/wulilw/3252204.html
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