光声光谱气体检测系统中光声池的仿真优化设计

针对特定场合对光声光谱气体检测系统中光声池特征频率的设计需求,利用有限元分析法,以一阶圆柱形共振光声池为研究对象进行声学模态仿真,获得了前8阶声学模态;仿真分析谐振腔、缓冲室的半径和长度对光声池特征频率和光声信号强度的影响。仿真结果表明：当谐振腔半径为3 mm时,谐振腔长度为120 mm,缓冲室的半径、长度分别为14.7 mm、60 mm是光声池特征频率在1 400 Hz附近的最佳尺寸。     

基于双波长法的光声光谱气体检测（英文）

光声光谱法是检测气体最灵敏的方法,气体浓度检测精度可达到ppt量级,但这需要复杂的实验系统和昂贵的器材,不利于在工程实践上使用.本文基于可调激光器的电流调制特性,提出了一种在测量气体吸收谱的吸收零点和吸收峰之间有效切换波长的简单调制方法.当激光功率为2.1 m W时,甲烷气体浓度的测量极限可达到0.46 ppm,测量结果证明了双波长法的可行性.     

导数光声光谱技术

本文报道了一种新的光声光谱技术即导数光声光谱技术，它利用一台单色仪和一个波长分束器，同时获得两束光强相同但波长有微小差别的两束光，这两束光分别入射到两个光声传感器，光声传感器的输出信号输送到锁相放大器并实现差分输出，输出信号输送室X-Y记录仪进行记录，最后扫描单色仪的波长从而获微得导数光声光谱，这种光谱技术既具有光声光谱技术灵敏度高的优点，又具有导数光谱技术分辨率高的优点。     

波长调制光声气体检测用锁相放大器的优化设计

首先介绍了波长调制光谱检测技术的原理,并分析了甲烷在1654 nm波长处的一次谐波频谱特性.然后分析了低通滤波器对波长调制光谱中一次谐波的影响,并给出了低通滤波器截止频率的选择范围.最后设计了模拟锁相放大器,其采用的二阶低通有源滤波器在滤波性能上比传统的RC低通滤波器有较大的提升.实验结果表明,经过优化的锁相放大器能够...     

基于光声光谱法的光纤气体传感器研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号 ,讨论了光纤中光波的相位变化与光声信号的关系。设计了光学长程结构 ,有效增加了对光功率的吸收。用染料激光器作光源对SO2气体浓度进行测量。实验表明 ,最低检测灵敏度可达 1 2× 10 -10 。由于采用光谱技术与光纤技术相结合 ,使研制的传感器具有较高的灵敏度 ,信号的传输通道具有强的抗电磁干扰及防燃防爆能力。气体探头体积小 ,响应速度较快。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求     

基于半导体激光器的光声光谱气体检测及其进展

介绍了半导体光声光谱气体检测的基本工作原理和相关技术,阐述了半导体激光光源特别是中红外半导体激光器的研究进展及其与光声光谱方法结合的应用现状,讨论了声信号的常用检测方法与改进方案,并展望了发展和应用的新方向.     

基于差频激光源的微量气体光声光谱检测系统

在周期极化的铌酸锂晶体中混合1．5－1．6μm可调谐半导体激光和1.064μmNd,YAG调Q脉冲激光,得到3．35－3．66μm的连续可调谐窄线宽激光脉冲,平均输出功率达0.2mW,实验装置比OPO相对简单,紧凑,无振荡阈值,根据该差频发生器的输出特性,设计了共振频率可调的光声池和光声光谱检测系统,并首次利用该系统对低浓度的CH4样品气体进行了光声谱测量,实验结果显示了系统在微量气体测量方面的优越性。     

基于超窄线宽激光器的多气体光声光谱检测研究

针对多组分痕量气体检测中精确度差、灵敏度低等问题,设计了基于光源波长扫描技术的光声光谱式多组分痕量气体检测系统。系统采用单一超窄线宽半导体激光器作光源,设计了一阶纵向共振式多光程吸收光声池,通过正弦信号对光源波长进行调制,并结合二次谐波信号检测技术和超窄线宽激光特性,有效地消除了吸收池内的背景噪声和光源抖动的影响,实现...     

小型化光声光谱气体传感器研究进展

光声光谱技术用于探测痕量气体的浓度,小型化集成的光声光谱气体传感器利于实现便携式在线检测。光声探测作为光声光谱的关键技术决定了系统的灵敏度和体积,小型化的光声探测系统的核心是微型吸收单元和声光谐振器。总结了近年来光声光谱气体传感器在小型化与集成方面的进展,分析并比较三种光源、微型吸收单元以及小型化声光谐振器的研制进展以及各自利弊。介绍了北京航天控制仪器研究所近年的研究成果,采用共振管增强的石英音叉作为紧凑型封装的声光测量器件,通过铥钬共掺的光纤放大器实现波长为2 mm,功率为200 m W的激光输出,提高了测量精度,实现对氨气和二氧化碳的同时测量。     

光声喇曼光谱中线光声信号的影响

本文探讨了光声喇曼光谱中线性光声信号对灵敏度，探测极限和频移影响，导出了连续和脉冲光声喇曼光谱中线性光声信号的普适表达式，进而导出了光声喇曼光谱的信噪比和探测及限，理论值与实验值基本一致。     

Buffer structure optimization of the photoacoustic cell for trace gas detection

The equivalent four-pole network model is used to simulate one-dimension longitudinal acoustic resonator with different buffer diameters and lengths, aiming to reach a theoretic model which is able to estimate the optimal buffer geometry. In experiments, the buffer volumes are decreased gradually by filling a set of aluminum rings with different inner diameters and lengths into the buffers to get the desired dimensions. The experimental results show that the average deviation of 1.1% is obtained between the experimental results and the theoretical simulation at the buffer length of 30 mm. Experiments show that the minimum background signal occurs when the buffer length is equal to a quarter of the acoustic wavelength (λ/4). The amplitude of the photoacoustic signal is barely influenced when d _buf>3d _res. Considering that oversize of photoacoustic cell needs more measuring gas and more material, the buffer diameter can be deduced to d _buf≈3d _res. Therefore, smaller photoacoustic cell is desirable.     

缓冲气体对光声光谱法气体检测的影响

为了研究气压及缓冲气体种类对光声信号及共振频率的影响，采用光声光谱技术，设计了一套基于光声光谱技术原理的痕量气体检测系统。实验中以NH₃标准气作为待测气体，采用向光声池内充入缓冲气体的方法来改变光声池内气压，在气压作为单一变量的条件下得出0.03MPa~0.1MPa气压范围内光声信号及共振频率的变化；采用分别向光声池内充入不同种类缓冲气体的方法，得出不同缓冲气体条件下0.03MPa~0.1MPa气压范围内光声信号及共振频率的变化。结果表明，随着气压的升高，光声信号幅值增大，并且越重的缓冲气体使光声信号增幅越大；气压的升高使得共振频率偏移，共振频率的偏移量与光声池内混合气体分子的摩尔质量成反比。该研究为解决在现场进行气体检测时，气压及背景气体变化的复杂环境对检测结果的影响提供了参考。     

光声喇曼光谱中线性光声信号的影响

本文探讨了光声喇曼光谱中线性光声信号对灵敏度、探测极限和频移的影响，导出了连续和脉冲光声喇曼光诸中线性光声信号的普适表达式，进而导出了光声喇曼光谱的信噪比和探测极限，理论值与实验值基本一致     

激光光声测定中温度效应的研究

研究了水、氯化镁、硫酸镁等无机盐水溶液及乙醇、乙腈等有机溶剂的光声温度效应。探讨了温度变化、液体分子结构弛豫和溶液特性改变对光声信号强度和峰形的影响。     

光声光谱测量中溶剂效应的研究(Ⅱ)

研究了不同有机溶剂对光声信号的增强作用。从理论和实验上探讨了溶剂特性与光声信号强度的关系,得到各种溶剂的光声信号增强系数。     

基于量子级联激光器光腔衰荡光谱技术的痕量氨气检测

采用基于红外脉冲量子级联激光器的高灵敏光腔衰荡光谱(Cavity ring-down spectroscopy)技术建立了氨气在1027 cm-1(9.7 μm)附近的吸收光谱痕量检测实验装置.使用该装置对人体口腔呼出气体以及超净实验室环境中氨气成份进行了测量和分析,氨气的检测灵敏度达到10 ppb.模拟分析了激光器光谱线宽对测量结果和系统检测灵敏度的影响,随着激光器光谱线宽的增加,测量结果偏低,系统检测灵敏度下降.为了减小光源线宽对测量结果的影响,通过修正曲线对测量数据进行修正,得到了较好的结果.     

基于光声光谱和腔衰荡光谱的气溶胶光学特性测量研究

气溶胶光学特性是影响大气辐射强迫的重要因素, 对全球气候起着决定性作用。针对当前气溶 胶光学特性测量仪器存在的测量参数单一、测量不确定度高和溯源体系不完善等问题,本文 将光声光谱(PAS)技术和光腔衰荡光谱(CRDS)技术相结合,实现了气溶胶的消光、吸收及散 射系数同时在线测量, 并研制了一套大气气溶胶多光学参数的高精度在线测量装置。本文测量装置经过NO₂气体 标准物质校准 后,用于大气气溶胶光学特性测量,具有测量相对误差小于4%、测量重复性优于0. 2%和测量不确定 度为2.8%(k=2)等优点。与积分浊度计 、黑碳仪现场实验数据比较,本文测量装置的消光系数、吸收 系数和散射系数的E_n值均小于1,显示出良好的测量一致性和 稳定性。实验结果表明,本文测量装置具备 多参数测量能力,且测量结果准确可靠,可用于大气气溶胶光学特性的现场实时测量,也可 用于相 关测量仪器的计量校准,为测量仪器提供量值溯源。     

用光声光谱法测量紫外光探测器的光谱响应

为了解决紫外光探测器的光谱响应难以准确测量的问题,采用光声光谱的方法,以自制的高灵敏度光声探测器为标准探测器,建立了一套紫外光探测器的光谱响应测量系统,分别进行了理论分析和实验论证,取得了两种紫外光探测器的光谱响应的数据。实验结果表明,该测量系统结构简单、工作可靠、重复性好,在250nm~450nm范围内,能较准确地测量紫外光探测器的光谱响应曲线。这一结果对解决紫外光探测器的光谱响应难以准确测量的问题是有帮助的;该系统也适用于可见光探测器的光谱响应的测量和固体样品的光声光谱分析。     

一种新颖的双边缘滤波光纤布拉格光栅解调技术

设计了一种基于机械感生长周期光纤光栅(MI-LPG)的双边缘滤波光纤布拉格光栅(FBG)传感解调方案。采用不同写制参数制作了谐振边带对称交迭,谐振峰值和带宽相同的两个MI-LPG作为滤波器,利用反射FBG信号通过不同光谱特性的滤波器时输出不同光强的比值对数算法确定被测波长。实验表明,本解调方法能够精确、稳定地实现FBG传感信号的解调,动态范围可达5 nm,解调系统线性拟合计算值和光谱仪所测波长值的均方差为6 pm,线性度好,精度高。     

气体等离子体辐射光声信号检测与分析

气体等离子体做为一种新的辐射源,因具有辐射范围宽等优点而备受关注。本文对强飞秒激光脉冲诱导大气等离子体辐射光声信号现象进行了探究,用实验的方法探测和分析了激光脉冲能量、偏振方向以及声传输的径向距离对光声信号强度的影响。