基于空芯光波導(dǎo)的小型氣體傳感器是近年來發(fā)展起來的新型傳感器,在氣體光譜檢測(cè)領(lǐng)域受到了特別關(guān)注,很多方面的研究尚不充分,還存在很多問題。比如氣體流動(dòng)會(huì)帶來管道壓降,對(duì)譜線寬度造成影響,以及光學(xué)條紋及噪聲對(duì)吸收光譜的干擾等問題。基于上述現(xiàn)狀,對(duì)基于空芯光波導(dǎo)的氣體傳感器進(jìn)行了深入的分析,研制了高精度空芯光波導(dǎo)多組分氣體傳感器,對(duì)于痕量氣體高精度、多組分檢測(cè)具有重要意義。主要工作包括:第一,提出空芯光波導(dǎo)氣體傳感器的性能增強(qiáng)方法。研究了空芯光波導(dǎo)中氣體流動(dòng)產(chǎn)生的壓降對(duì)譜線線形的影響,提出增強(qiáng)空芯光波導(dǎo)氣體傳感器測(cè)量精度和靈敏度的方法。主要措施有:1)使用高精度的氣體質(zhì)量流量計(jì)控制氣體流速;2)采用優(yōu)化的負(fù)壓工作方式提高波長(zhǎng)調(diào)制譜2f（WMS-2f）信號(hào)靈敏度。仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明高精度氣體質(zhì)量流量計(jì)的流量誤差對(duì)譜線半高全寬和積分吸光度的影響控制在0.061%和0.062%之內(nèi)。在優(yōu)化的氣流速度下,WMS-2f信號(hào)靈敏度最高提升18.3%,有效增強(qiáng)了基于空芯光波導(dǎo)的氣體傳感器性能,而無任何額外的軟件或硬件支出。第二,發(fā)展了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解與多組分光譜擬合相結(jié)合的干擾去除方法。為了解決影響多組分氣體測(cè)... 

【文章來源】：天津大學(xué)天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Ag/AgI空芯光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖

第3章空芯光波導(dǎo)中的氣體吸收光譜23由圖3-7可以得知，隨著流速的增加，空芯光波導(dǎo)內(nèi)水的直接吸收譜線線形呈現(xiàn)下降收窄的趨勢(shì)。主要原因如下：1）由于仿真為抽氣實(shí)驗(yàn)，隨著流速的增加，空芯光波導(dǎo)內(nèi)的整體壓力呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且流速越大，空芯光波導(dǎo)內(nèi)的壓力下降幅度越大，所以譜線半高全寬呈現(xiàn)逐漸變窄的趨勢(shì)；2）由于空芯光波導(dǎo)內(nèi)的氣體壓力和分子密度成正比關(guān)系，所以當(dāng)空芯光波導(dǎo)內(nèi)的壓力下降時(shí)，其內(nèi)的氣體分子逐漸變稀薄，密度隨之下降，因而濃度逐漸下降，吸光度也變校所以，當(dāng)使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下去計(jì)算和仿真空芯光波導(dǎo)內(nèi)的氣體吸收光譜時(shí)，會(huì)造成譜線精度和靈敏度損失，尤其是在管徑較孝流速較大的情況下。我們以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓計(jì)算得到的水的直接吸收譜線半高全寬和積分吸光度為基準(zhǔn)，計(jì)算了空芯光波導(dǎo)內(nèi)在不同流速下水的直接吸收譜線半高全寬和積分吸光度的相對(duì)變化量和變化趨勢(shì)，如圖3-8和表3-3所示。圖3-8（a）水的直接吸收譜線在不同流量下的半高全寬；（b）水的直接吸收譜線在不同流量下的積分吸光度；表3-3水的直接吸收譜線在不同流量下的半高全寬和積分吸光度相對(duì)變化量流量（mL/min）半高全寬的相對(duì)變化量（%）積分吸光度相對(duì)變化量（%）0//50-1.51-1.56100-3.06-2.92150-4.61-4.29200-6.12-5.67250-7.65-7.05300-9.23-8.45由圖3-8（a）和（b）可以看出，隨著空芯光波導(dǎo)內(nèi)流量的增加，水的半高

天津大學(xué)碩士學(xué)位論文263.4空芯光波導(dǎo)中的譜線頻移空芯光波導(dǎo)內(nèi)的氣體流動(dòng)不僅僅會(huì)對(duì)譜線的線形造成影響，由于氣體的流動(dòng)，還會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，導(dǎo)致譜線產(chǎn)生頻移，同時(shí)還會(huì)造成譜線形變。多普勒效應(yīng)（Dopplereffect）是由奧地利物理學(xué)家及數(shù)學(xué)家克里斯琴·約翰·多普勒（ChristianJohannDoppler）在1842年首先提出的理論。主要內(nèi)容是波源與觀測(cè)者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致波源輻射出去的波長(zhǎng)產(chǎn)生變化，當(dāng)波源與觀測(cè)者相向而行時(shí)，波長(zhǎng)變短，頻率升高稱之為籃移（blueshift）；當(dāng)波源與觀測(cè)者相背而行時(shí)，波長(zhǎng)邊長(zhǎng)，頻率降低，稱之為紅移（redshift），波源的速度越高，所產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)越大。在空芯光波導(dǎo)進(jìn)行氣體傳輸時(shí)，氣體的流動(dòng)方向與光束成一定的夾角，由于多普勒效應(yīng)的存在，譜線會(huì)產(chǎn)生頻移。對(duì)于高精度的光譜計(jì)算，需要考慮其所造成的多普勒頻移。多普勒頻移計(jì)算公式如式（3-2）所示：0cosDopplerVvvc（3-2）其中，V是運(yùn)動(dòng)微粒的運(yùn)動(dòng)方向，c為光速，v0為氣體吸收線中心頻率，θ為氣流流速與光束夾角。在實(shí)際情況下，由于流動(dòng)運(yùn)動(dòng)切向粘滯力的存在，流體運(yùn)動(dòng)速度存在速度分層現(xiàn)象，如圖3-10所示：圖3-10空芯光波導(dǎo)內(nèi)氣體流速示意圖在理想情況下，不考慮流體湍流、滑移、超低壓等場(chǎng)合，空芯光波導(dǎo)內(nèi)的流速分布遵循二次型函數(shù)，即空芯光波導(dǎo)截面上任一點(diǎn)流速為：224pVRrL（3-3）

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：2965035