基于QEPAS的氨氣痕量氣體檢測方法研究.pdf

1、痕量NH3檢測對于大氣質(zhì)量監(jiān)測、工業(yè)廢氣監(jiān)測和人類疾病預(yù)防等方面均發(fā)揮著積極作用。目前NH3檢測方法主要以傳統(tǒng)電化學(xué)法為主，然而電化學(xué)法檢測時(shí)間長且不能在線連續(xù)檢測，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的檢測需求。隨后出現(xiàn)的吸收光譜技術(shù)具有精度高、速度快、可在線連續(xù)檢測等優(yōu)點(diǎn)，已成為痕量氣體檢測的重要手段，但存在設(shè)備復(fù)雜、體積大、容易受到背景噪音影響等缺點(diǎn)。針對以上問題，本文提出基于QEPAS（石英增強(qiáng)型光聲光譜技術(shù)）的氨氣檢測方法。該技術(shù)具有體積小、選擇

2、性好、響應(yīng)速度快，對背景噪音免疫等特點(diǎn)，已成為氣體檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通過本課題的研究，對于痕量氣體檢測具有實(shí)踐指導(dǎo)意義。
　　本文首先闡述氣體紅外吸收理論和光聲信號激發(fā)原理，對氣體光聲效應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)分析;通過與傳統(tǒng)光聲光譜技術(shù)對比，分析石英增強(qiáng)型光聲光譜技術(shù)利用石英音叉作為聲音能量積累器件和聲傳感器的可行性、原理及特點(diǎn);針對石英音叉輸出壓電信號較弱的問題，提出基于波長調(diào)制技術(shù)和諧波檢測技術(shù)的檢測方法;針對不同種類氣體吸收峰存在重疊

3、這一問題，詳細(xì)分析近紅外波段內(nèi)NH3吸收譜線，排除其他氣體干擾，最終選擇1531.65nm作為待檢測吸收譜線。
　　設(shè)計(jì)并搭建基于石英增強(qiáng)型光聲光譜技術(shù)的氣體檢測系統(tǒng);采用DFB激光器和激光控制器，實(shí)現(xiàn)激光波長調(diào)制;針對激光器輸出光束發(fā)散且不規(guī)則這一問題，提出激光濾波準(zhǔn)直光路，有效改善激光束輪廓;為了增強(qiáng)光聲信號幅值，提出并設(shè)計(jì)微諧振器和密閉氣室;編寫基于LabVIEW平臺的信號生成、控制和采集程序，實(shí)現(xiàn)檢測過程自動化。
　

4、　本文測試石英音叉特性，并通過實(shí)驗(yàn)確定最佳調(diào)制深度和調(diào)制系數(shù);選用1531.65nm DFB激光器作為光源，完成DFB激光器的溫度、電流調(diào)諧特性實(shí)驗(yàn);針對不同濃度NH3進(jìn)行檢測，得到光聲信號幅值與氣體濃度的線性關(guān)系;為了提高光聲信號幅值，提出增強(qiáng)激光器輸出功率這一方法，通過實(shí)驗(yàn)得到光聲信號幅值與激光器輸出功率的線性關(guān)系;為了提高檢測系統(tǒng)信噪比，提出氣室降壓檢測技術(shù)，通過降低氣室壓強(qiáng)來獲得較高的光聲信號幅值，改善系統(tǒng)信噪比;在不同壓強(qiáng)下對