文档介绍：郑州大学
硕士学位论文
甲烷气体近红外光声光谱及痕量探测技术研究
姓名:郭建永
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:郭茂田
20090501
摘要甲烷是一种被公认的最重要的温室气体之一,据报道,一分子甲烷的红外线全球温室效应总贡献的%。并且大气中的甲烷浓度一直以每年百分之一的速度增加。因此,研究甲烷气体浓度探测是非常重要并且十分有意义。目前,光声光统的响应特性进行了实验研究,对光声光谱系统进行振幅调制和波长调制两种方法进行了实验对比研究。并用此系统对室外空气中的甲烷进行了测量,首先,我们介绍了光声光谱的起源与发展历程,以及其技术特点和应用。结第二章主要介绍光声光谱技术的理论基础⋯红外吸收理论,详细阐述了光声第三章重点介绍我们所建立的这套基于植挤蠢∈半导体激光器的共振光声光谱系统。内容包括:系统的工作原理、总体架构、设备选择及依据;最后针对系统不完善的地方进行了仔细分析,并提出了针对性的解决方述了光声光谱系统中激光定标的过程以及对本系统的优化处理,最后针对氲继寮す獠饬考淄槠宸肿拥挠τ醚芯浚岢隽俗罴训募淄樘讲最后介绍了光声光谱技术虽然是痕量气体探测领域一种较为先进的技术,但吸收能力是一分子二氧化碳红外吸收能力的倍,并且其温室效应贡献约占谱己被证明是一个非常灵敏有效的气体监测方法。本文介绍了一种基于植挤蠢∈半导体激光器的共振光声光谱系统。该系统具有结构简单、操作方便、价格低廉等优点。对光声光谱系得到了奶讲饬槊舳取其内容将分成以下五个章节分别描述:合光声光谱的特点,最后引出丌展光声光谱技术甲烷痕量探测的背景和动机。效应的产生机制和光声光谱技术的气体检测原理。案。第四章主要对光声光谱技术在痕量气体探测领域的应用进行可行性分析,描方案。同样也存在有许多问题需要改善,探测灵敏度、小型化设计还有待提高。畉郑州人学硕上学位论文
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引言光声光谱技术作为一种新型的光谱探测技术,是基于光声效应的一种光谱技就发现了光声效应⋯。同年甌通过红外线的吸收,观察到了气体的光声效应。但是在此后很长的一段时间内,由于光源及声传感器等各方面设备的缺乏,测量光能被气体样品吸收后转化成的热能。光声光谱具有高灵敏度、高选择性、近半个世纪以来,随着世界人口的快速增加和工业现代化的高速发展,所产生的有害气体进入大气造成严重的空气污染与气候变化。由于大气中二氧化碳、甲烷等等痕量气体浓度的变化形成了“温室效应”、“酸雨”、“臭氧层破坏”以及“光化学烟雾”、“瓦斯爆炸”等等一系列的严重问题。就拿二氧化碳来说,随着大气中二氧化碳的迅速增加,由于二氧化碳是红外辐射的吸收体,将会导致种痕量气体甲烷,其温室效应也不容小觑,虽然大气中呐ǘ仍对缎∮贑,但其温室效应却不容忽视。同样一分子的奈率倚вη慷仍嘉狢的~术。其原理是某些波长的光子被气体分子吸收后,受激的气体分子通过无辐射跃迁将光能转化为热能,样品气体局部的温度变化引起了气压的变化。当光能被调制时,产生的热能是周期性的,因此产生被调制的气压,并出现了声波。利用声传感器探测光声信号随光波长的变化就可得到光声光谱。。直至辏琄等才首次报道了利用激光光声光谱法测量气体的弱吸收,之后由于激光器与高灵敏度麦克风的应用,光声光谱技术蓬勃发展,世纪年代气体的探测灵敏度已经达至呻量级拈辏琄从理论上分析了利用激光光源和高灵敏度微音器会使光声光谱法探测气体分子浓度的极限达至。量级。传统的光谱技术基于朗伯一比尔定律,它直接测量通过气体样品的光能量。而光声光谱零背景、声传感器对光波长无选择性等优点。近年来,不断发展的新光源、不断进步的声传感技术及微弱信号检