基于石英增强光声光谱技术的一氧化碳痕量气体检测研究

发布时间：2022-01-21 20:43

　　一氧化碳（CO）是环境污染物的重要组成部分,同时也是一种无色无味的剧毒气体,它产生于发电、化石燃料或其他含碳燃料的不完全燃烧活动中。环境中的CO能与羟基发生反应,间接加剧全球变暖;医疗中,CO可作判断哮喘、糖尿病等疾病的指标。因此,对于CO的高灵敏度探测在各个方面都具有重要的影响。石英增强光声光谱技术（Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy,QEPAS）是一种基于光声效应的新型气体探测技术,具有成本低、灵敏度高、响应时间快等优点,目前是探测易燃易爆或有毒气体的常用手段。本文以CO位于2330.19nm(4291.5 cm^-1)处的气体吸收线为目标谱线,以提高传感器的探测能力和实用性为出发点,采用新型尺寸的石英音叉、3D打印小型化单元、定制的梯度折射率透镜（Gradient index lens,Grin透镜）,对气体传感器进行了优化。在基础理论部分,对气体分子吸收理论进行了简要介绍;对光声光谱的技术原理进行了具体的阐述;对石英音叉的压电效应与物理参数进行了相关的讨论;对共振腔增强原理进行了深入的分析。在仿真计算部分,基... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于QEPAS的多通道气体传感器[15]

图 1-1 基于 QEPAS 的多通道气体传感器[15]，美国 Rice 大学的 Ma、Tittel 等人[16]搭建了基于 QCL 的 置如图 1-2 所示。QCL 的输出波长为 4.61 μm，可以覆盖 C中 2165.6 cm-1与 2169.2 cm-1的两条谱线。传感器实现的的归一化等效噪声吸收系数为 1.61×10-8cm-1W/√Hz。

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文行了长达十三天的连续监测，并用一个商业化的电化学传感器结果验证，该 QEPAS 传感器的 MDL 为 3 ppb。在测量期间99.1±81.4 ppb，获得的浓度最值为 210.5 ppb 和 4307.9 ppb。电AS 传感器获得的结果较为一致（R2=0.7），下图 1-3 和 1-4 为不同时间下两种传感器测量的 CO 浓度分布图。

【参考文献】：
期刊论文
[1]光通信用自聚焦透镜的制备[J]. 金龙文,郝寅雷,王岩,齐冰,赵文兴.  光学精密工程. 2002(05)

博士论文
[1]TDLAS谱线畸变产生机理与校正技术研究[D]. 朱存光.山东大学 2015
[2]基于TDLAS的痕量乙烯气体检测技术研究[D]. 潘卫东.哈尔滨工业大学 2013

硕士论文
[1]石英增强光声光谱技术研究与探索[D]. 鲍伟义.重庆大学 2011



本文编号：3600928