全光型石英增強(qiáng)光聲光譜.pdf

1、石英增強(qiáng)光聲光譜(QEPAS)技術(shù)是近幾年才發(fā)展起來的一種新型光聲光譜技術(shù)?；诖思夹g(shù)的光聲探測(cè)模塊，由于體積小、靈敏度高、成本低、抗干擾性強(qiáng)，而被廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)過程控制、醫(yī)療診斷等痕量氣體檢測(cè)領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)QEPAS技術(shù)需要被改進(jìn)、革新以適應(yīng)相關(guān)領(lǐng)域?qū)哿繗怏w檢測(cè)裝置的特殊要求。另外，由于傳統(tǒng)QEPAS技術(shù)利用壓電效應(yīng)產(chǎn)生與被測(cè)氣體濃度成正比的微弱電信號(hào)，因此使其極易受探測(cè)環(huán)境中電磁場的干擾，并且無法實(shí)現(xiàn)

2、遠(yuǎn)距離探測(cè)。為解決上述問題，本文提出了一種全光型的石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)，該技術(shù)是利用光束反射原理探測(cè)石英音叉的振動(dòng)信號(hào)，將與氣體濃度成正比的石英音叉振臂的振動(dòng)幅值轉(zhuǎn)化為探測(cè)光束的強(qiáng)度變化，最終獲得目標(biāo)探測(cè)氣體的相關(guān)信息。
　　本文首先介紹了傳統(tǒng)光聲光譜技術(shù)；接著敘述了石英音叉的特性和石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)的工作原理，并介紹了目前石英增強(qiáng)光聲光譜中流行的兩種配置方式：在軸式和離軸式配置；最后對(duì)目前報(bào)道的石英增強(qiáng)光聲光譜系統(tǒng)的最新變種進(jìn)

3、行了調(diào)研，指出了這些系統(tǒng)在特殊應(yīng)用領(lǐng)域使用時(shí)存在的問題和弊端。
　　針對(duì)存在的問題，我們首次提出了全光型石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)，并基于科學(xué)系統(tǒng)的理論分析設(shè)計(jì)、搭建了一套基于該技術(shù)的痕量氣體傳感系統(tǒng)。我們以空氣中的水汽作為探測(cè)氣體，通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)分析衡量評(píng)估了該裝置的各項(xiàng)性能。結(jié)果顯示，其歸一化噪聲等效吸收系數(shù)為1.13×10-6cm-1WHz-1/2，探測(cè)靈敏度與傳統(tǒng)石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)相當(dāng)。
　　為進(jìn)一步提高裝置的性能，我們

4、提出了改進(jìn)優(yōu)化方案——將對(duì)微小位移量極為敏感的邁克爾遜干涉儀與全光型QEPAS系統(tǒng)結(jié)合，通過提高對(duì)音叉振臂微小位移量的精度測(cè)量來提高系統(tǒng)整體的探測(cè)靈敏度。通過優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，獲得了清晰的干涉圖樣并探測(cè)到了明顯的干涉條紋的變化。以空氣中的水汽作為探測(cè)氣體，得到其歸一化噪聲等效吸收系數(shù)為4.005×10-8cm-1WHz-1/2，比優(yōu)化前的靈敏度提高了28.2倍，并且比石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)提高了8.3倍。這種新穎的設(shè)計(jì)不僅使裝置具有較強(qiáng)的