石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)研究與探索.pdf

1、痕量氣體檢測技術(shù)的發(fā)展對于大氣環(huán)境監(jiān)測，爆炸物的遠(yuǎn)距離探測及生物生理狀態(tài)檢測等都具有十分重要的意義。光聲光譜由于具有靈敏度高，動態(tài)范圍大，探測器響應(yīng)與入射波長無關(guān)等特點(diǎn)，一直以來都是痕量氣體檢測技術(shù)最重要的發(fā)展方向之一。新近出現(xiàn)的石英增強(qiáng)光聲光譜，代表了光聲光譜技術(shù)發(fā)展的新方向。本文對石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)原理進(jìn)行了研究，提出了光纖光路石英增強(qiáng)光聲光譜系統(tǒng)方案。使用空氣中的水汽為被探測微量氣體，在開放的大氣環(huán)境中完成了石英增強(qiáng)光聲光譜實(shí)驗(yàn)

2、，并對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。
　　石英增強(qiáng)光聲光譜的原理涉及到紅外氣體吸收，波長調(diào)制與解調(diào)，光熱光聲信號的產(chǎn)生和檢測等多方面的內(nèi)容。本文對紅外氣體吸收過程中涉及到譜線強(qiáng)度，線型函數(shù)，線寬等物理量的概念及其查找或計(jì)算方法進(jìn)行了重點(diǎn)理解和把握。在傅立葉分析的基礎(chǔ)上對波長調(diào)制和解調(diào)過程進(jìn)行了理論分析。從周期性能量變化的角度出發(fā)簡單的介紹了光聲信號的產(chǎn)生。介紹了石英增強(qiáng)光聲光譜與傳統(tǒng)激光光聲光譜的區(qū)別與聯(lián)系，分析了其信號特點(diǎn)。
　　在

3、石英增強(qiáng)光聲光譜中，石英音叉起到了累積光聲能量和探測光聲信號的雙重功效。本文從石英晶體的正逆壓電效應(yīng)入手，分析了石英音叉作為能量累積器和聲傳感器的機(jī)理。設(shè)計(jì)完成了石英音叉特性測試電路，并進(jìn)行了石英音叉的特性測試實(shí)驗(yàn)，獲得了石英音叉的共振頻率，品質(zhì)因子和等效電阻值等特性參數(shù)值。
　　只有讓氣體吸收發(fā)生在兩叉股間隙的中央，才能讓石英音叉產(chǎn)生有效的壓電流。基于此點(diǎn)考慮，本文提出了光纖光路石英增強(qiáng)光聲光譜方案，并搭建了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。另外

4、還給出了準(zhǔn)直會聚光路實(shí)驗(yàn)方案，并從聲學(xué)角度出發(fā)，討論了微共振管使用的限制條件，并給出實(shí)驗(yàn)條件下，不同內(nèi)徑尺寸微共振管的理論長度值。
　　完成了激光器溫度特性和電流特性測試實(shí)驗(yàn)。根據(jù)測定的激光器特性參數(shù)和吸收譜線的光譜參數(shù)最終確定調(diào)制信號的具體形式。使用空氣中的水汽為被探測微量氣體，完成了石英增強(qiáng)光聲光譜實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到光纖光路石英增強(qiáng)光聲光譜系統(tǒng)的歸一化噪聲等效吸收系數(shù)是7.15×10-7cm-1·W/Hz1/2，準(zhǔn)直會聚