基于光聲光譜技術(shù)的甲烷氣體檢測系統(tǒng)的研究

【摘要】： 光聲效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)雖然已有100多年的歷史,但在傳聲器問世以前無人過問達(dá)50年之久。直到二十世紀(jì)七十年代,由于強(qiáng)光源氙燈、高靈敏度傳聲器和壓電陶瓷檢測器等的問世,才使光聲效應(yīng)得到了進(jìn)一步的應(yīng)用。進(jìn)入九十年代,由于激光和弱信號檢測技術(shù)的發(fā)展,使得光聲技術(shù)有了向前快速發(fā)展的基礎(chǔ)。 傳統(tǒng)的光聲氣體檢測系統(tǒng)通常的檢測步驟是“采樣-封存-檢測”,這樣的檢測方式不能滿足現(xiàn)場實(shí)時檢測的要求。因此,本文設(shè)計了“吸收路徑+氣體濾波”的檢測方案,將氣體的吸收過程設(shè)計在密封的探測室外,這樣就可以保證光聲探測室內(nèi)的氣體吸收按照等容過程分析,同時可以實(shí)現(xiàn)探測室的隔音設(shè)計。為了提高靈敏度,可以直接增加探測室外的光程,即增加吸收長度。 通過對光聲腔幾種工作方式的分析比較,根據(jù)光聲信號與腔體的關(guān)系,自主設(shè)計了非諧振式光聲腔的結(jié)構(gòu),并將加工后的光聲腔充入甲烷氣體接入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明我們所設(shè)計的光聲腔主頻很集中,滿足實(shí)驗(yàn)的要求。 設(shè)計了測量腔的結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了加工。通過對傳聲器結(jié)構(gòu)與性能的分析,選擇了一種適合于實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的傳聲器及其前置放大器,并使其與光聲腔很好的耦合,完成了系統(tǒng)聲電信號的轉(zhuǎn)換。 設(shè)計了光源的驅(qū)動及調(diào)制電路,信號處理方面采用了鎖相放大技術(shù),提高了系統(tǒng)的靈敏度。 最后對實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析,并提出了解決辦法。對系統(tǒng)進(jìn)行了測試,驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性。 【關(guān)鍵詞】：光聲光譜 紅外吸收 氣體探測 光聲腔 傳聲器 氣體濾波
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP274.5
【目錄】：

• 提要4-6
• 第一章 緒論6-11
• 1.1 光聲光譜技術(shù)的發(fā)展歷程6-7
• 1.2 光聲光譜技術(shù)的特點(diǎn)及其在氣體檢測領(lǐng)域的應(yīng)用7-9
• 1.3 本文研究內(nèi)容9-11
• 第二章 光聲氣體檢測的基本原理11-25
• 2.1 引言11
• 2.2 氣體紅外吸收理論11-16
• 2.3 基于光聲光譜技術(shù)的氣體檢測理論16-25
• 第三章 基于光聲光譜技術(shù)的甲烷檢測系統(tǒng)設(shè)計25-52
• 3.1 光聲甲烷氣體檢測系統(tǒng)總體方案設(shè)計25-27
• 3.2 光聲腔形式的選擇27-31
• 3.3 系統(tǒng)設(shè)備的加工和器件的選擇31-52
• 第四章 系統(tǒng)信號分析52-58
• 4.1 系統(tǒng)噪聲分析52-53
• 4.2 光聲腔信號分析53-54
• 4.3 傳聲器電信號分析54-56
• 4.4 理論分析系統(tǒng)靈敏度56-58
• 第五章 實(shí)驗(yàn)問題分析及系統(tǒng)測試58-63
• 5.1 實(shí)驗(yàn)問題分析58-59
• 5.2 系統(tǒng)測試59-63
• 第六章 結(jié)論與展望63-64
• 參考文獻(xiàn)64-66
• 摘要66-68
• ABSTRACT68-70
• 致謝70

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