基于光声光谱技术的甲烷气体检测系统的研究

【摘要】： 光声效应的发现虽然已有100多年的历史,但在传声器问世以前无人过问达50年之久。直到二十世纪七十年代,由于强光源氙灯、高灵敏度传声器和压电陶瓷检测器等的问世,才使光声效应得到了进一步的应用。进入九十年代,由于激光和弱信号检测技术的发展,使得光声技术有了向前快速发展的基础。 传统的光声气体检测系统通常的检测步骤是“采样-封存-检测”,这样的检测方式不能满足现场实时检测的要求。因此,本文设计了“吸收路径+气体滤波”的检测方案,将气体的吸收过程设计在密封的探测室外,这样就可以保证光声探测室内的气体吸收按照等容过程分析,同时可以实现探测室的隔音设计。为了提高灵敏度,可以直接增加探测室外的光程,即增加吸收长度。 通过对光声腔几种工作方式的分析比较,根据光声信号与腔体的关系,自主设计了非谐振式光声腔的结构,并将加工后的光声腔充入甲烷气体接入实验系统,实验结果表明我们所设计的光声腔主频很集中,满足实验的要求。 设计了测量腔的结构并进行了加工。通过对传声器结构与性能的分析,选择了一种适合于实验系统的传声器及其前置放大器,并使其与光声腔很好的耦合,完成了系统声电信号的转换。 设计了光源的驱动及调制电路,信号处理方面采用了锁相放大技术,提高了系统的灵敏度。 最后对实验中可能出现的问题进行了分析,并提出了解决办法。对系统进行了测试,验证了系统的可行性。 【关键词】：光声光谱 红外吸收 气体探测 光声腔 传声器 气体滤波
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP274.5
【目录】：

• 提要4-6
• 第一章 绪论6-11
• 1.1 光声光谱技术的发展历程6-7
• 1.2 光声光谱技术的特点及其在气体检测领域的应用7-9
• 1.3 本文研究内容9-11
• 第二章 光声气体检测的基本原理11-25
• 2.1 引言11
• 2.2 气体红外吸收理论11-16
• 2.3 基于光声光谱技术的气体检测理论16-25
• 第三章 基于光声光谱技术的甲烷检测系统设计25-52
• 3.1 光声甲烷气体检测系统总体方案设计25-27
• 3.2 光声腔形式的选择27-31
• 3.3 系统设备的加工和器件的选择31-52
• 第四章 系统信号分析52-58
• 4.1 系统噪声分析52-53
• 4.2 光声腔信号分析53-54
• 4.3 传声器电信号分析54-56
• 4.4 理论分析系统灵敏度56-58
• 第五章 实验问题分析及系统测试58-63
• 5.1 实验问题分析58-59
• 5.2 系统测试59-63
• 第六章 结论与展望63-64
• 参考文献64-66
• 摘要66-68
• ABSTRACT68-70
• 致谢70

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