基于吸收增强的光声光谱痕量气体检测技术研究
发布时间：2021-07-03 17:49
痕量气体通常是指体积浓度在百万分之一以下的气体,对痕量气体进行检测在诸多领域中都具有十分重要的应用,例如,在医学领域中,对人体呼出气体中的一氧化碳浓度进行检测可以诊断某些呼吸系统疾病;在电气领域中,对电路中的乙炔气体进行检测可以判断电路中的低压放电故障;在工业领域中,对生产或使用的易燃、易爆、有毒等气体进行实时监测可防止一些危险事故的发生,因此提升痕量体检测灵敏度也将会促进这些应用技术的发展。光声光谱（Photoacoustic Spectroscopy,PAS）技术因其具有优秀的检测性能、良好的系统稳定性以及较大的动态范围大等优点而被重点应用在了痕量气体检测方面,PAS技术通过探测目标气体吸收光学能量后产生的声信号的强度来获得气体的浓度信息,在相同的气体浓度下,气体吸收的能量越多,光声信号就越强,系统的检测灵敏度也就越高,因此针对这一特性,本文对基于吸收增强的光声光谱痕量气体检测技术展开了研究。首先,本文对PAS技术的相关理论进行了介绍,以气体分子的能量组成为出发点,分析了气体分子产生红外吸收的原理与条件,进而阐述了气体对光学能量的吸收定律以及各线型函数的选择,最后对PAS的基本原理...
【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】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于PAS的多气体检测系统
第1章绪论-3-2006年，洛桑联邦理工学院Jean-PhilippeBesson等人[18]采用PAS技术在近红外对氨气（NH3）进行了检测，系统装置如图1-2，实验是在1532nm附近对NH3进行了检测，光源是一台可调谐半导体激光器，并且使用了一台EDFA提升了激光功率，实现了对光声信号的提高，该实验中使用了氧气（O2）和氮气（N2）模拟了在干燥空气下对NH3的检测，并且进一步研究了H2O和二氧化碳（CO2）对NH3检测的影响。最终系统积分时间设定为10s，得到了在干燥空气条件下NH3的最小检测极限为6ppb。图1-2基于PAS的近红外NH3检测系统图1-3基于PAS技术的快速响应气体浓度传感系统2010年，匈牙利科学院激光物理研究组ZoltanBozoki等人[19]搭建了一个基于PAS技术的快速响应气体浓度传感系统，并且使用该系统检测了H2O，系统装置如图1-3所示。系统使用了一台波长在1371nm的半导体激光器，激光功率是20mW，系统还使用了一个完全开放式的声学共振管，并在共振管一端长度的四分之一位置处放置了两个窗口镜，使激光束从共振管的侧面入射，在共振管另一端长度的四分之一位置处相互垂直地设置了两个麦克风用来对气体产生的光声信号进行探测，麦克风最终探测到的信号经过前置差分放大器和锁相放大器处理后输入到计算机中进行分析，最终当系统的积分时间设定为100ms时，实现了对H2O的88ppm的最小检测极限。
第1章绪论-3-2006年，洛桑联邦理工学院Jean-PhilippeBesson等人[18]采用PAS技术在近红外对氨气（NH3）进行了检测，系统装置如图1-2，实验是在1532nm附近对NH3进行了检测，光源是一台可调谐半导体激光器，并且使用了一台EDFA提升了激光功率，实现了对光声信号的提高，该实验中使用了氧气（O2）和氮气（N2）模拟了在干燥空气下对NH3的检测，并且进一步研究了H2O和二氧化碳（CO2）对NH3检测的影响。最终系统积分时间设定为10s，得到了在干燥空气条件下NH3的最小检测极限为6ppb。图1-2基于PAS的近红外NH3检测系统图1-3基于PAS技术的快速响应气体浓度传感系统2010年，匈牙利科学院激光物理研究组ZoltanBozoki等人[19]搭建了一个基于PAS技术的快速响应气体浓度传感系统，并且使用该系统检测了H2O，系统装置如图1-3所示。系统使用了一台波长在1371nm的半导体激光器，激光功率是20mW，系统还使用了一个完全开放式的声学共振管，并在共振管一端长度的四分之一位置处放置了两个窗口镜，使激光束从共振管的侧面入射，在共振管另一端长度的四分之一位置处相互垂直地设置了两个麦克风用来对气体产生的光声信号进行探测，麦克风最终探测到的信号经过前置差分放大器和锁相放大器处理后输入到计算机中进行分析，最终当系统的积分时间设定为100ms时，实现了对H2O的88ppm的最小检测极限。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于QCL的红外吸收光谱技术的研究进展[J]. 张怀林,吴涛,何兴道. 光谱学与光谱分析. 2019(09)
[2]基于功率增强型QEPAS技术的二氧化碳气体高灵敏检测研究[J]. 武红鹏,彭赛男,赵晋彪,董磊,贾锁堂. 光谱学与光谱分析. 2019(03)
[3]基于激光光声光谱超高灵敏度检测SF6分解组分H2S[J]. 陈珂,袁帅,宫振峰,于清旭. 中国激光. 2018(09)
[4]气体分析中的气相色谱技术展望[J]. 林奇. 化工管理. 2018(19)
[5]基于中红外吸收光谱技术的燃烧场CO浓度测量研究[J]. 彭于权,阚瑞峰,许振宇,夏晖晖,聂伟,张步强. 中国激光. 2018(09)
[6]双光程光声光谱甲烷传感器[J]. 杨艳芳,裴凯龙,尹旭坤,武红鹏,李尚志,崔茹悦,马维光,张雷,尹王保,董磊,贾锁堂. 光谱学与光谱分析. 2018(02)
[7]基于共振型高灵敏度光声光谱技术探测痕量乙炔气体浓度[J]. 查申龙,刘锟,朱公栋,谈图,汪磊,王贵师,梅教旭,高晓明. 光谱学与光谱分析. 2017(09)
[8]基于光声光谱的乙烯探测技术[J]. 陈颖,高光珍,蔡廷栋. 中国激光. 2017(05)
[9]基于超声波相位差的气体浓度测量方法[J]. 丁喜波,陈晨,张任,鲍龙,高双. 高技术通讯. 2014 (02)
[10]光声光谱火灾气体探测系统[J]. 蒋亚龙,王进军,祝玉泉. 中国安全生产科学技术. 2012(02)
博士论文
[1]气体红外吸收光谱检测信号的分析研究[D]. 刘永宁.山东大学 2016
[2]差分吸收光谱技术在环境监测中的理论和应用研究[D]. 张学典.天津大学 2007
硕士论文
[1]波长调制光谱技术中免标定气体检测方法的研究及优化[D]. 程禾尧.东南大学 2017
[2]基于TDLAS技术的痕量气体乙烯的检测分析系统[D]. 陈迎迎.哈尔滨工业大学 2011
[3]一阶纵向光声池及多组分气体光声光谱检测特性研究[D]. 刘冰洁.重庆大学 2011
[4]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：3263062
【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】：56 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于PAS的多气体检测系统
第1章绪论-3-2006年，洛桑联邦理工学院Jean-PhilippeBesson等人[18]采用PAS技术在近红外对氨气（NH3）进行了检测，系统装置如图1-2，实验是在1532nm附近对NH3进行了检测，光源是一台可调谐半导体激光器，并且使用了一台EDFA提升了激光功率，实现了对光声信号的提高，该实验中使用了氧气（O2）和氮气（N2）模拟了在干燥空气下对NH3的检测，并且进一步研究了H2O和二氧化碳（CO2）对NH3检测的影响。最终系统积分时间设定为10s，得到了在干燥空气条件下NH3的最小检测极限为6ppb。图1-2基于PAS的近红外NH3检测系统图1-3基于PAS技术的快速响应气体浓度传感系统2010年，匈牙利科学院激光物理研究组ZoltanBozoki等人[19]搭建了一个基于PAS技术的快速响应气体浓度传感系统，并且使用该系统检测了H2O，系统装置如图1-3所示。系统使用了一台波长在1371nm的半导体激光器，激光功率是20mW，系统还使用了一个完全开放式的声学共振管，并在共振管一端长度的四分之一位置处放置了两个窗口镜，使激光束从共振管的侧面入射，在共振管另一端长度的四分之一位置处相互垂直地设置了两个麦克风用来对气体产生的光声信号进行探测，麦克风最终探测到的信号经过前置差分放大器和锁相放大器处理后输入到计算机中进行分析，最终当系统的积分时间设定为100ms时，实现了对H2O的88ppm的最小检测极限。
第1章绪论-3-2006年，洛桑联邦理工学院Jean-PhilippeBesson等人[18]采用PAS技术在近红外对氨气（NH3）进行了检测，系统装置如图1-2，实验是在1532nm附近对NH3进行了检测，光源是一台可调谐半导体激光器，并且使用了一台EDFA提升了激光功率，实现了对光声信号的提高，该实验中使用了氧气（O2）和氮气（N2）模拟了在干燥空气下对NH3的检测，并且进一步研究了H2O和二氧化碳（CO2）对NH3检测的影响。最终系统积分时间设定为10s，得到了在干燥空气条件下NH3的最小检测极限为6ppb。图1-2基于PAS的近红外NH3检测系统图1-3基于PAS技术的快速响应气体浓度传感系统2010年，匈牙利科学院激光物理研究组ZoltanBozoki等人[19]搭建了一个基于PAS技术的快速响应气体浓度传感系统，并且使用该系统检测了H2O，系统装置如图1-3所示。系统使用了一台波长在1371nm的半导体激光器，激光功率是20mW，系统还使用了一个完全开放式的声学共振管，并在共振管一端长度的四分之一位置处放置了两个窗口镜，使激光束从共振管的侧面入射，在共振管另一端长度的四分之一位置处相互垂直地设置了两个麦克风用来对气体产生的光声信号进行探测，麦克风最终探测到的信号经过前置差分放大器和锁相放大器处理后输入到计算机中进行分析，最终当系统的积分时间设定为100ms时，实现了对H2O的88ppm的最小检测极限。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于QCL的红外吸收光谱技术的研究进展[J]. 张怀林,吴涛,何兴道. 光谱学与光谱分析. 2019(09)
[2]基于功率增强型QEPAS技术的二氧化碳气体高灵敏检测研究[J]. 武红鹏,彭赛男,赵晋彪,董磊,贾锁堂. 光谱学与光谱分析. 2019(03)
[3]基于激光光声光谱超高灵敏度检测SF6分解组分H2S[J]. 陈珂,袁帅,宫振峰,于清旭. 中国激光. 2018(09)
[4]气体分析中的气相色谱技术展望[J]. 林奇. 化工管理. 2018(19)
[5]基于中红外吸收光谱技术的燃烧场CO浓度测量研究[J]. 彭于权,阚瑞峰,许振宇,夏晖晖,聂伟,张步强. 中国激光. 2018(09)
[6]双光程光声光谱甲烷传感器[J]. 杨艳芳,裴凯龙,尹旭坤,武红鹏,李尚志,崔茹悦,马维光,张雷,尹王保,董磊,贾锁堂. 光谱学与光谱分析. 2018(02)
[7]基于共振型高灵敏度光声光谱技术探测痕量乙炔气体浓度[J]. 查申龙,刘锟,朱公栋,谈图,汪磊,王贵师,梅教旭,高晓明. 光谱学与光谱分析. 2017(09)
[8]基于光声光谱的乙烯探测技术[J]. 陈颖,高光珍,蔡廷栋. 中国激光. 2017(05)
[9]基于超声波相位差的气体浓度测量方法[J]. 丁喜波,陈晨,张任,鲍龙,高双. 高技术通讯. 2014 (02)
[10]光声光谱火灾气体探测系统[J]. 蒋亚龙,王进军,祝玉泉. 中国安全生产科学技术. 2012(02)
博士论文
[1]气体红外吸收光谱检测信号的分析研究[D]. 刘永宁.山东大学 2016
[2]差分吸收光谱技术在环境监测中的理论和应用研究[D]. 张学典.天津大学 2007
硕士论文
[1]波长调制光谱技术中免标定气体检测方法的研究及优化[D]. 程禾尧.东南大学 2017
[2]基于TDLAS技术的痕量气体乙烯的检测分析系统[D]. 陈迎迎.哈尔滨工业大学 2011
[3]一阶纵向光声池及多组分气体光声光谱检测特性研究[D]. 刘冰洁.重庆大学 2011
[4]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：3263062
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