检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：郑洪全哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

红外激光光声光谱技术具有检测灵敏度高、响应速度快、测量抗干扰能力强、检测范围广等优点,目前在微痕量气体检测方面得到了广泛应用。我们生活的环境中存在着许多种类的微痕量气体,对这些气体进行定性和定量分析无论是在生产工农领域... 详细信息

红外激光光声光谱技术具有检测灵敏度高、响应速度快、测量抗干扰能力强、检测范围广等优点,目前在微痕量气体检测方面得到了广泛应用。我们生活的环境中存在着许多种类的微痕量气体,对这些气体进行定性和定量分析无论是在生产工农领域、生物医学领域、环境检测领域都有着十分重要的意义。本文针对痕量气体浓度检测的需求,采用光声光谱技术,研制出一套用于痕量气体浓度检测的仪器,并对乙烯气体浓度进行了测量实验。主要的研究工作内容如下:1.本文详细剖析了红外光谱吸收理论以及利用光声光谱法检测痕量气体的基本原理。通过理论分析,建立了光声信号同气体浓度之间的关系,为后续采用光声光谱技术进行乙烯气体浓度测量研究建立了基础。2.针对痕量乙烯气体浓度的测量需求,研制出一套光声光谱痕量气体检测设备。其中,根据乙烯气体在近红外的吸收谱线,选择DFB半导体激光器作为辐射光源,该激光器具有结构紧凑、使用寿命长、响应速度快、单色性好,价格合理等优点;采用一阶纵向共振式圆柱形光声池,在理论分析的基础上,通过优化设计光声池尺寸有效地提高了仪器的检测灵敏度;选用稳定性强、结构紧凑耐用的微音器检测声音信号;提出并设计了仪器的电气系统。3.利用所研制的仪器,针对不同浓度下的乙烯气体进行了测量实验;通过实验,确定了温度和压强对测量灵敏度和准确度的影响;提出了温度和压强的修正方法,修正后的测量结果误差小于3ppm;将所研制仪器与气相色谱仪进行了对比实验,实验结果表明两者测量准确度基本一致,前者测量时间更短,更适合工程应用。

关键词：痕量气体检测光声光谱法乙烯气体吸收光谱特性

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注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测技术

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光学精密工程 2018年第8期26卷 1917-1924页

作者：王品一万福王建新陈伟根朱承治刘晔重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400044 国网浙江省电力有限公司浙江杭州310012

为了提高微量气体的拉曼散射强度,本文设计并搭建了注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测平台。半导体激光器(波长为638nm,功率为15mW)输出到由三块高反镜组成的V型增强腔中,结合注入锁定技术,腔内激光强度达到7.5 W,实现了500倍的增强... 详细信息

为了提高微量气体的拉曼散射强度,本文设计并搭建了注入锁定腔增强拉曼光谱微量气体检测平台。半导体激光器(波长为638nm,功率为15mW)输出到由三块高反镜组成的V型增强腔中,结合注入锁定技术,腔内激光强度达到7.5 W,实现了500倍的增强效果。利用该实验平台对微量单一气体及其混合气体进行了拉曼检测,并根据拉曼特征谱峰选取原则及信噪比大于3的原则,确定了H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2的特征拉曼谱峰分别为4 156,2 143,1 388,2 918,2 955,1 344,1 975cm-1,最小检测极限分别为10.2,21.7,9.4,2.1,8.9,4.9,3.3Pa。腔增强拉曼光谱法可以实现微量同核双原子气体检测及利用单一波长激光的混合气体同时检测,具有替代气体检测传统光谱方法的潜力。

关键词：拉曼光谱痕量气体检测腔增强注入锁定

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基于光声光谱的痕量SO2气体浓度检测研究

基于光声光谱的痕量SO2气体浓度检测研究

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作者：王生会郑州大学

学位级别：硕士

大气污染一直是全球环境面临的重大问题。在日常生活、工业生产和火山喷发等自然灾害活动中都会释放大量的有毒有害气体,而二氧化硫（SO2）便是最主要的污染气体之一,对人体健康和生态环境危害极大。因此,大气中SO2污染气体的浓度监测... 详细信息

大气污染一直是全球环境面临的重大问题。在日常生活、工业生产和火山喷发等自然灾害活动中都会释放大量的有毒有害气体,而二氧化硫（SO2）便是最主要的污染气体之一,对人体健康和生态环境危害极大。因此,大气中SO2污染气体的浓度监测至关重要。光声光谱气体检测技术由于其灵敏度高、选择性好、动态监测范围大以及可在线实时监测等优点,在气体浓度检测领域具有极高的应用价值和前景。本文针对SO2气体监测需求,基于光声光谱技术设计和搭建了一套光声光谱气体检测实验系统,并对痕量SO2气体检测性能进行了详细的实验验证和分析。本文主要工作及研究成果如下:第一,核心器件—光声池的优化设计和制作:本文根据光声效应和声学谐振腔理论设计、仿真并制作了一阶纵向谐振式光声池。首先,探讨了其几何尺寸、几何结构对光声池核心特征参数的影响;然后,基于有限元分析方法和多物理场仿真平台仿真分析了光声池内的声压分布、气体流速分布和谐振频率等特性。最后,根据以上优化设计并结合3D打印技术完成了光声池的制作。第二,气体检测实验系统的设计和搭建:本工作完整设计并搭建了一套高灵敏度、低成本的光声光谱气体浓度检测实验系统,包括光声系统、数据处理与控制系统、以及数字配气系统。该系统操作方便,可移植性强,将来可应用到其他气体或多组分气体检测应用中。第三,痕量SO2气体的检测性能验证与分析:本文基于搭建好的实验系统,对痕量SO2气体进行了浓度检测和实验分析。首先,为提高信噪比,实验分析了气体流速噪声,以及光源调制频率和气体流速对光声信号的影响,据此选定了最优调制频率和气体流速;然后,对不同浓度SO2气体进行了一系列浓度检测实验验证;最后根据实验结果对系统的检测性能进行了详细分析和评估。根据SO2气体浓度检测结果,得出1 s积分时间下系统检测灵敏度极限为85.2 ppb,对应归一化噪声等效吸收系数为2.03×10-9 cm-1·W·Hz-1/2。实验结果表明,该检测系统能准确、高效地实现痕量SO2气体的长时间稳定监测,为光声光谱技术在SO2气体监测领域的应用和发展提供了新参考。

关键词：大气污染二氧化硫光声光谱痕量气体检测谐振式光声池

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太赫兹超材料传感器检测痕量丙酮气体研究

太赫兹超材料传感器检测痕量丙酮气体研究

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作者：段志涛桂林电子科技大学

学位级别：硕士

丙酮气体,作为糖尿病、肺癌等多种疾病的生物标志物,其痕量检测在相关疾病的早期诊断中发挥着关键作用。同时,由于丙酮气体对环境和人体健康具有潜在威胁,因此,开发一种具备高灵敏度和高特异性的气体传感器对其进行精确检测显得尤为重... 详细信息

丙酮气体,作为糖尿病、肺癌等多种疾病的生物标志物,其痕量检测在相关疾病的早期诊断中发挥着关键作用。同时,由于丙酮气体对环境和人体健康具有潜在威胁,因此,开发一种具备高灵敏度和高特异性的气体传感器对其进行精确检测显得尤为重要。然而,无论是在人体呼出气中还是在环境监测中,丙酮气体的浓度通常都很低,常规检测手段难以检测。为了满足实际应用的需求,理想的丙酮气体检测技术应同时具备低成本、低能耗、便携性以及易于操作等特点。然而,当前的丙酮气体检测技术均无法同时满足这些要求。鉴于此,本文围绕如何快速、便捷且低成本地检测痕量丙酮气体展开深入研究,主要研究内容如下: （1）提出采用太赫兹超材料传感技术进行痕量丙酮气体检测的方法。鉴于众多气体分子的振动和转动能级均位于太赫兹频段,使得太赫兹技术在气体传感领域具有出色的表现。同时,超材料技术的应用则进一步满足了传感器微型化和集成化的需求。本文深入探讨了太赫兹超材料传感器的基础理论及其关键性能指标,并成功设计出一款具有四开口嵌套环结构的太赫兹超材料传感器。该传感器的灵敏度达100 GHz/RIU,且Q值达到了10。随后,采用微纳加工技术成功制备出传感器样片,并进行了性能测试,测得的频谱曲线与仿真结果高度吻合。（2）针对传统太赫兹超材料传感器在复杂检测环境下对目标分子特异性差的问题,本文引入金属有机骨架材料ZIF-90来修饰传感器表面,从而显著提升对丙酮气体的特异性。为了探究ZIF-90浓度对传感器性能的影响,分别采用五种不同浓度的ZIF-90分散液对传感器表面进行修饰,并测试了不同浓度修饰后传感器对丙酮气体的响应情况。实验结果显示,随着ZIF-90浓度逐渐增加,传感灵敏度先上升后下降。当ZIF-90的浓度为1 mg/mL时,传感灵敏度达到了最佳值。（3）为研究丙酮气体浓度与频移量之间的关系,本文设计了一系列实验以测试经过ZIF-90修饰后的太赫兹超材料传感器对不同浓度丙酮气体的响应。实验结果显示,当丙酮气体浓度在10-100 ppm（parts per million）范围内时,气体浓度与频移量之间呈现出良好的线性关系（R2=0.990）,灵敏度达0.1 GHz/ppm。实验数据还表明,该传感器不仅具有显著的特异性和优异的重复性,而且对湿度变化不敏感,在长达30天的测试周期内表现出了良好的稳定性。

关键词：太赫兹超材料痕量气体检测丙酮气体传感器金属有机骨架(MOF) ZIF-90

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痕量气体光谱法检测用半导体激光器温度控制电路

痕量气体光谱法检测用半导体激光器温度控制电路

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第四届全国信息获取与处理学术会议

作者：谭中奇龙兴武李发明国防科技大学长沙410073

本文介绍一种半导体激光器温度控制电路及其辅助调试电路(含软件),电路采用Peltier模块集成温度控制器MAX1978,温控精度约为0.02℃,该电路用于痕量气体光谱法检测系统.

关键词：半导体激光器 MAX1978 PID 痕量气体检测温度控制电路光谱法检测

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基于激光吸收光谱的开放光路气体检测方法研究

基于激光吸收光谱的开放光路气体检测方法研究

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作者：夏慧中国科学院合肥物质科学研究院

学位级别：博士

可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)气体检测方法具有高灵敏、高分辨率及快速响应等优点，DFB激光器小型化、光束质量好的特点使得易于集成和实现长光程监测，在大气科学、光谱学、环境科学等领域... 详细信息

可调谐半导体激光吸收光谱(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy)气体检测方法具有高灵敏、高分辨率及快速响应等优点，DFB激光器小型化、光束质量好的特点使得易于集成和实现长光程监测，在大气科学、光谱学、环境科学等领域具有广泛地应用前景。\n 论文针对TDLAS开放式痕量气体连续监测系统中的若干关键技术问题开展了深入的研究工作，主要包括开放式长光程光学系统设计、开放光路信号检测、数据处理方法以及外场实验结果分析等。\n 首先，针对可调谐DFB半导体激光器出射光束特性，通过理论分析和实验验证，确定了光学系统采用菲涅耳透镜和空心面阵角反射器实现开放式长光程的设计方案，为设计性价比高、稳定可靠的光学系统提供了理论和实验依据；其次，研究了接收光强起伏对系统性能的影响，进行了相关实验，在分析实验数据的基础上，提出了归一化检测信号的数据处理方法，设计了自动增益调整的硬件电路，提高了系统的检测性能。对浓度反演的数据处理方法进行了讨论，研究了基于相关技术的波长对准算法，实现了标准谱线和测量谱线的波长对准，提高了浓度反演的精度。进行了系统功能自动检测软硬件设计，实现了开放式监测系统的自动诊断；最后，分别进行了环境气体、污染源排放和管道泄漏的监测实验：分析了合肥董铺岛CH4和CO2浓度的变化趋势；对比了北京机动车排放的CO2浓度与车流量之间的关系；模拟了天然气管道泄漏监测，验证了检测方法的可靠性。

关键词：痕量气体检测激光吸收光谱开放光路波长对准自动诊断

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基于空芯光纤吸收池的光致热弹光谱气体检测技术研究

基于空芯光纤吸收池的光致热弹光谱气体检测技术研究

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作者：冯薇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

痕量气体检测具有广泛的应用,在环境监测、痕量爆炸性化合物测量、呼吸诊断、工业生产过程的控制、优化燃烧过程并减少污染排放等领域均有出色的表现。光致热弹光谱检测(light-induced thermoelastic spectroscopy,LITES)技术作为一种... 详细信息

痕量气体检测具有广泛的应用,在环境监测、痕量爆炸性化合物测量、呼吸诊断、工业生产过程的控制、优化燃烧过程并减少污染排放等领域均有出色的表现。光致热弹光谱检测(light-induced thermoelastic spectroscopy,LITES)技术作为一种新兴的痕量气体检测技术,凭借结构紧凑、探测灵敏度高等优势逐渐成为研究热点。但在LITES技术中,为提高气体吸收强度需要设计使用多光程池,而这将会导致体积庞大、组件繁多、稳定性差等问题。因此,本文提出基于空芯光纤作吸收池的LITES技术,在增加光程吸收的同时可以有效地解决上述问题。首先,本文对LITES的原理进行了详细的理论阐述,其中涉及到了吸收定律、石英音叉、波长调制等内容。同时还对本文中涉及到空芯光纤,进行导光原理的有限元仿真计算,并在后文的光耦合效率部分进行了理论推导与仿真研究,为后续的实验奠定了理论基础。其次,采用光子带隙型空芯光纤(hollow core photonic bandgap fiber,HC-PBGF)作为吸收池,对于HC-PBGF,实验以乙炔(CH)为目标气体,选用其在6534.37 cm处的吸收线,搭建了探测系统,最后得到了1417 ppm的最小探测极限,随后采用小音叉进行了相对应的噪声分析,探讨了系统的主要噪声来源于光纤内部的模式干涉。最后,由于反谐振空芯光纤(hollow-core anti-resonant fiber,HC-ARF)特殊的环状设计对于噪声有良好的抑制效果,因此基于HC-ARF搭建了以CH为目标气体的探测系统,在同样的实验条件下得到了4.75 ppm的探测极限,而后为了进一步验证系统的探测性能,更换了目标气体,对一氧化碳(CO)进行了探测,选择其在6377.4 cm处的吸收线,最终获得了1704 ppm的最小探测极限,验证了基于HC-ARF对噪声的良好抑制效果。

关键词：痕量气体检测 LITES 空芯光纤石英音叉

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高精度光声光谱气体检测系统研究

高精度光声光谱气体检测系统研究

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作者：汪超林华中科技大学

学位级别：硕士

在电力、环保等领域,痕量气体的高精度检测对于生产设备和工作人员的安全至关重要。而基于光声光谱技术的气体检测技术由于其高精度、高选择性、无需载气、可在线检测等优势,在气体检测领域得到了广泛的重视。本文针对变压器故障气体检... 详细信息

在电力、环保等领域,痕量气体的高精度检测对于生产设备和工作人员的安全至关重要。而基于光声光谱技术的气体检测技术由于其高精度、高选择性、无需载气、可在线检测等优势,在气体检测领域得到了广泛的重视。本文针对变压器故障气体检测分析的需求,开展光声光谱气体传感系统的仿真和实验研究。主要研究工作为:（1）从红外吸收光谱理论出发分析了气体吸收谱线展宽的影响因素,并采用逐线积分模型,计算分析目标气体在红外波长范围内气体吸收系数。从光声效应的产生机理出发,推导用于产生光声信号的圆柱形光声池在谐振式与非谐振式的两种工作模式下光生声压分布与幅值,并进行对比分析,为光声池结构设计和参数优化提供了理论依据。从理论上分析采用波长调制-二次谐波（WM-2f）的谐振式光声光谱检测原理并推导出二次谐波幅值的表达式,为气体浓度检测和后续改进提供了指导。（2）采用光学仿真软件搭建光路模型,对非谐振式光声光谱系统进行仿真模拟和实验研究。研究了反射罩结构参数和不同光声池对系统信噪比性能的影响,提出搭建一种光束匹配型非谐振式光声光谱系统。实验制备不同参数模型的反射罩和光声池并在实际非谐振式气体检测系统上测试,验证了光束匹配型光声光谱系统对信噪比和检测限的提升。（3）基于谐振式光声光谱原理搭建并测试了谐振式乙炔气体传感系统。主要采用近红外DFB激光器和一维纵向圆柱形光声池。采用WM-2f技术对激光器进行调制并采用光纤放大器（EDFA）放大激光功率。调整光声池的孔径与长度设计使系统具备较高的池常数,通过优化调制深度和谐振频率扫描对系统进行改进,获得了109ppb的检测下限。进一步在出射窗口引入反射镜增强光声信号幅值,最终获得了47ppb的最低检测限。

关键词：痕量气体检测光声光谱技术光路设计波长调制-二次谐波检测

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光声光谱气体检测系统中光声探测关键技术研究

光声光谱气体检测系统中光声探测关键技术研究

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作者：纪笑严重庆邮电大学

学位级别：硕士

随着人们逐渐步入工业化社会,空气污染问题日趋严重,痕量气体检测技术在人们生活中占据着重要的一部分,与此同时煤矿安全生产检测,变压器故障气体分析和医学呼出气体诊断等方面对痕量气体检测的需求愈发重要。在众多气体检测技术中,光... 详细信息

随着人们逐渐步入工业化社会,空气污染问题日趋严重,痕量气体检测技术在人们生活中占据着重要的一部分,与此同时煤矿安全生产检测,变压器故障气体分析和医学呼出气体诊断等方面对痕量气体检测的需求愈发重要。在众多气体检测技术中,光声光谱(Photoacoustic Spectroscopy,PAS)技术作为一种检测灵敏度高,无背景噪声且能实时检测等众多优点的检测技术受到人们的青睐。PAS技术作为一种无背景噪声的吸收光谱技术,具有检测灵敏度高,检测限高和对多种气体同时检测等优点。PAS技术中光声探测器决定着痕量气体的检测极限,光声探测器是由光声池和声波传感器共同构成,光声池是PAS技术中光声信号产生的重要场所,而声波传感器的灵敏度对探测到光声信号的强度起着至关重要的作用。光声光谱痕量气体检测技术目前的瓶颈在于麦克风的灵敏度仍需提升,目前的电容式麦克风易受电磁干扰,灵敏度较低,且与光声池并不能很好的匹配。本文为提高光声探测器的灵敏度,首先设计出一种共振式光声池,以光声池共振频率为基础设计出一种悬臂梁膜片式光纤声波传感器,该悬臂梁光纤声波传感器灵敏度高,具有抗电磁干扰的特性,悬臂梁膜片一阶共振频率与光声池共振频率相似,使得两者频率能够形成共振。本文的主要工作如下:1.本文设计了一种悬臂梁膜片式光纤声波传感器,并且制备了共振式光声池,光声池共振频率为1410 Hz。首先,通过对共振式光声池进行仿真确定光声池谐振腔尺寸直径为8 mm,长度为120 mm,共振频率为1410 Hz。其次,对悬臂梁膜片进行仿真分析,确定悬臂梁膜片的尺寸为长2.8 mm,宽1 mm,厚度为10μm。最后,由于设计的悬臂梁式麦克风一阶共振频率需要与光声池共振频率相匹配,经测试悬臂梁式光纤声波传感器的一阶共振频率为1450 Hz,在1500 Hz对悬臂梁式声波传感器进行测试,测试结果为在频率为1500 Hz处的灵敏度为194 mV/Pa,信噪比为66.72 dB,比同样情况下的电子麦克风的信噪比高21.68 dB。2.本文基于上述的悬臂梁声波传感器搭建光声光谱痕量气体检测系统,该系统选用可调谐掺铒光纤激光器(Tunable Erbium-Doped Fiber Laser TEDFL)作为激励光源,采用掺铒光纤放大器(Erbium-Doped Fiber Amplifier,EDFA)对TEDFL进行功率放大,放大功率后光源输出功率为300 m W,将共振式光声池与悬臂梁式光纤声波传感器进行匹配组合,对波长为1532.59 nm乙炔气体的吸收峰进行检测,实验结果证明系统对0-100 ppm浓度范围内的乙炔气体具有良好的响应,检测灵敏度为145.808μV/ppm,检测极限为24.23 ppb。此外,通过对Allan-werle方差分析,当该系统的平均时间150 s时,系统的最小检测极限为0.6 ppb。

关键词：光声光谱光声探测痕量气体检测悬臂梁

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光纤倏逝波型石英增强光声光谱技术

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物理学报 2018年第2期67卷 69-75页

作者：何应马欲飞佟瑶彭振芳于欣哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室哈尔滨150001

采用块状光学准直聚焦透镜组的传统石英增强光声光谱(QEPAS)技术存在体积难以缩减,结构稳定性不佳,无法适应空间狭小、振动复杂的特殊环境等缺点.基于此,将光纤倏逝波技术与QEPAS技术相结合,提出了一种新型微纳结构光纤QEPAS痕量气体检... 详细信息

采用块状光学准直聚焦透镜组的传统石英增强光声光谱(QEPAS)技术存在体积难以缩减,结构稳定性不佳,无法适应空间狭小、振动复杂的特殊环境等缺点.基于此,将光纤倏逝波技术与QEPAS技术相结合,提出了一种新型微纳结构光纤QEPAS痕量气体检测技术.实验中,为了提高QEPAS系统信号幅值,优化了石英音叉与激光束的空间位置、激光波长调制深度,同时对比了两种不同共振频率的石英音叉,最终采用共振频率较低的30.720 kHz石英音叉作为声波探测元件,获得的检测极限为6.25×10^(-4)(体积分数),归一化噪声等效吸收系数为4.18×10^(-7)cm^(-1).W·Hz^(-1/2).

关键词：痕量气体检测石英增强光声光谱光纤倏逝波

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