基于LED光源的離軸石英增強型光聲光譜的研究與應用.pdf

1、石英音叉增強型光聲光譜（QEPAS）技術是一種新型的光聲光譜檢測技術，通過使用一個具有高品質特性的音叉式石英晶振代替?zhèn)鹘y(tǒng)光聲光譜技術中寬帶麥克風，使其擁有了動態(tài)范圍大、結構小型化的特點。通常QEPAS傳感器配備聲共振管來增強光聲信號，進而提高系統(tǒng)的探測靈敏度。共振管一般有兩種配置，一種是共軸配置，一種是離軸配置。共軸配置的光聲光譜分析儀對光束質量要求高，通常使用激光器作為光源，因此普遍具有儀器成本高、靈活性差等缺點。
　　本文所研

2、究的基于LED光源的離軸石英增強型光聲光譜（OB-QEPAS）系統(tǒng)，具有光路調節(jié)方便、儀器成本低等優(yōu)點，其探測靈敏度與共軸設備基本相當，基于該構型的氣體傳感器易于工業(yè)化生產。
　　本課題在系統(tǒng)地研究了離軸石英增強型光聲光譜技術特性的基礎上，對微型聲學共振管進行了理論和實驗的研究，建立了離軸共振管最佳尺寸的數學模型，對離軸的聲學共振管進行了優(yōu)化設計。在理論和實驗的基礎上，結合ARM+Windows CE軟硬件技術設計開發(fā)了測量系統(tǒng)。

3、整個系統(tǒng)按照功能劃分為四個模塊：①紅外光源發(fā)射系統(tǒng)②光譜測聲模塊③ARM控制系統(tǒng)④數據采集系統(tǒng)。
　　本文最后搭建了以CO2為目標氣體，以中心波長在4.36μm的MIR-LED為光源的OB-QEPAS系統(tǒng)來檢測系統(tǒng)的靈敏度，并對實驗得到的光聲信號和濃度之間進行了最小二乘法的線性擬合和數據處理。處理結果最后得到系統(tǒng)的檢測極限達到ppm量級，相應的歸一化噪聲等效吸收系數（NNEA）達到了10-8量級。實驗表明，基于LED光源的OB-Q