复合缓冲式H型共振光声池设计与优化

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作者 靳华伟 汤宇昊 +2 位作者 施家胜 方磊 刘文坚 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第6期1521-1526,共6页

在光声光谱检测技术中,光声池是发生“光-热-声”耦合的场所,光声池性能的优劣直接影响检测系统的精度与灵敏度。为了提高光声池的性能,在传统圆柱形光声池的基础上,对H型共振光声池进行仿真分析,提出了一种圆柱圆台复合缓冲式的H型共... 在光声光谱检测技术中,光声池是发生“光-热-声”耦合的场所,光声池性能的优劣直接影响检测系统的精度与灵敏度。为了提高光声池的性能,在传统圆柱形光声池的基础上,对H型共振光声池进行仿真分析,提出了一种圆柱圆台复合缓冲式的H型共振光声池。通过comsol软件中热粘性声学物理场接口,仿真分析了圆台高度和底圆半径对光声池内声场的影响规律。结果表明,当其他参数不变时,光声信号声压值随圆台高度的增加呈先增大后减小的趋势。与此同时,改变圆台高度使光声池腔体共振频率发生明显变化,共振频率随圆台高度的增加表现为先减小后增大的趋势。同理,当其他参数不变时,光声信号声压值随圆台底圆半径的增加而减小。改变圆台底圆半径也使光声池腔体共振频率发生明显变化,共振频率随圆台底圆半径的增加而增大。优化后和优化前的光声池品质因数分别为58.84、43.87,优化后的光声池品质因数相比于优化前提升了34.12%,且优化后的光声信号相比于优化前也提升了43.15%。可见,将单一的圆柱形缓冲腔优化为圆柱与圆台相结合的复合式缓冲腔,可有效地提高光声池品质因数和光声信号。同时,优化后的光声池体积进一步减小,有助于光声池的小型化。该研究内容为传统圆柱形光声池的优化设计提供了一种新的思路。 展开更多

关键词 光声光谱 光声池 复合式缓冲腔 优化设计

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突触形光声池的设计优化与性能评估

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作者 赵继娜 佟首峰 +5 位作者 江晟 陈建波 王嘉宁 赵宏宇 张爽 张源峰 《光子学报》 北大核心 2025年第2期173-188,共16页

提出了一种针对异形光声池的参数优化方法,该方法结合了试验设计与非支配排序遗传算法,设计了一种突触形光声池并确定了其最佳尺寸,模拟了突触形光声池的声场与流场特性,比较了最优尺寸下突触形光声池与传统圆柱形光声池的各项性能指标... 提出了一种针对异形光声池的参数优化方法,该方法结合了试验设计与非支配排序遗传算法,设计了一种突触形光声池并确定了其最佳尺寸,模拟了突触形光声池的声场与流场特性,比较了最优尺寸下突触形光声池与传统圆柱形光声池的各项性能指标。优化后的突触形光声池声压相对增长了41.8%、品质因数相对增长了16.03%,涡旋回流得到了改善,瞬态浓度平衡所需调节时间相对降低了62.75%,腔体容积相对降低了66.27%,各性能优化效果显著。以此为基础,搭建了NO_(2)光声光谱检测系统,实验结果表明,突触形光声池的谐振频率为2553 Hz,品质因数约为70.16,响应速度快,具有较好的稳定性,结构紧凑。为提升光声光谱检测系统中光声池性能的结构设计与参数优化提供参考。 展开更多

关键词 光声光谱 光声池 结构设计 参数优化 有限元分析

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T型光声池低温性能的研究与应用

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作者 牛明生 刘强 +4 位作者 王贵师 袁怿谦 黄伟 张为俊 高晓明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期577-581,共5页

通过对T型光声池内模式分布、温度分布以及边界条件的分析,建立了共振频率与温度关系的数学模型。分析了品质因子温度的关系及其影响因素。在-100～0℃范围内对光声池的温度稳定性、共振频率、系统灵敏度进行了测量和分析,结果表明,共... 通过对T型光声池内模式分布、温度分布以及边界条件的分析,建立了共振频率与温度关系的数学模型。分析了品质因子温度的关系及其影响因素。在-100～0℃范围内对光声池的温度稳定性、共振频率、系统灵敏度进行了测量和分析,结果表明,共振频率随温度的降低而减小,系统的灵敏度受温度影响较小。在-100～0℃范围内对不同浓度CO2探测的最小浓度范围为3.2～5.2mg.m-3,说明该系统可用于痕量气体探测;克服了麦克风低温下灵敏度降低的问题,为低温下进行痕量气体探测提供了一种新的研究方法。 展开更多

关键词 T型光声池 低温 光声池性能 痕量探测

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变压器油中溶解气体光声光谱检测一维光声池信号传输模型研究与设计 被引量：7

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作者 陈新岗 马志鹏 +2 位作者 黄会贤 陈果 张俊耀 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期35-41,共7页

根据光声信号激励基本原理与传输线理论,应用声电类比方法,提出了基于声学传播模型的一维纵向谐振腔传输线模型。根据实际设计需求,改进并提出一维纵向光声池整体模型。应用所建传输线模型对一维纵向光声池谐振频率、品质因数、池常数... 根据光声信号激励基本原理与传输线理论,应用声电类比方法,提出了基于声学传播模型的一维纵向谐振腔传输线模型。根据实际设计需求,改进并提出一维纵向光声池整体模型。应用所建传输线模型对一维纵向光声池谐振频率、品质因数、池常数等指标与光声池结构参数关系进行模拟分析与讨论。结果表明,光声信号强度与一维谐振腔长度及光源调制频率具有相关性,且随谐振腔长度增加,光声池谐振频率具有减小的趋势;存在最优光声腔截面半径使与一定谐振腔长度对应的品质因数取得最大值。模拟结果对一维纵向光声池结构设计具有较高指导意义。 展开更多

关键词 光声信号 一维纵向光声池 传输线 类比分析

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光声光谱检测变压器油中气体的共振光声池研究 被引量：5

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作者 刘冰洁 唐远 陈伟根 《高压电器》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期42-47,共6页

气体光声光谱技术是一种新型的微量气体检测技术,能很好地应用于变压器油中溶解气体检测。光声池是光声光谱监测系统中的核心部分,是表征系统灵敏度的重要因素。笔者模拟分析了气体光声信号分布及谐振腔几何尺寸与表征光声池性能的特性... 气体光声光谱技术是一种新型的微量气体检测技术,能很好地应用于变压器油中溶解气体检测。光声池是光声光谱监测系统中的核心部分,是表征系统灵敏度的重要因素。笔者模拟分析了气体光声信号分布及谐振腔几何尺寸与表征光声池性能的特性参数的量化关系,设计制作了两个不同几何结构参数的共振光声池,实验研究了光声池响应特性,实验结果比较得出谐振腔长120 mm、半径3 mm的不锈钢光声池表现出比较优越的气体响应性能,并对变压器油中溶解的主要特征气体C2H2进行了光声探测。理论与实验结果为气体光声光谱在线监测系统的完善及高灵敏度光声池的优化设计提供了技术支持与理论参考。 展开更多

关键词 共振光声池 光声光谱(PAS) 响应特性 气体检测

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光声池径向共振模式耦合系数理论分析 被引量：3

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作者 袁长迎 刘先勇 +1 位作者 蒙瑰 赵亮 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期879-882,共4页

光声光谱法是基于红外吸收光谱原理的一种高灵敏度的微量气体探测技术。它使用声共振腔来实现微弱声信号的共振放大。通过调节激光的调制频率，当它等于腔的某个共振频率时，在腔内形成声驻波，而腔本身的作用相当于一声放大器。共振腔... 光声光谱法是基于红外吸收光谱原理的一种高灵敏度的微量气体探测技术。它使用声共振腔来实现微弱声信号的共振放大。通过调节激光的调制频率，当它等于腔的某个共振频率时，在腔内形成声驻波，而腔本身的作用相当于一声放大器。共振腔的放大作用取决于当前被激活的共振模式、腔的品质因素、声传感器的状态以及电磁辐射与腔共振模式的耦合作用。值得关注的是，红外激光相对于声共振腔的入射方位不同则激励产生的光声信号幅值也不同。采用理论推导与数值计算相结合的方法，以圆柱形光声池为例，研究了径向共振模式下耦合系数受激光入射方位的影响。研究表明，激光入射角在0-π／2范围变化时耦合系数存在2个零点和2个极大值：入射角为。或tan^-1（0．8592×2R／L）时，耦合系数为零而径向共振失效；入射角为tan^-1（0．5568×2R／L）或tan^-1（2R／L）时，耦合系数极大而径向共振最强。此处R为池径而L为池长。结果可用于指导光声池结构优化设计与安装调试，增强光声法检测微量气体的信号幅值，提高检测灵敏度。 展开更多

关键词 光声池 声共振 耦合系数

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基于光声场-光声池耦合度分析的光声池尺寸优化设计研究 被引量：3

7

作者 唐炬 程宏图 +3 位作者 曾福平 张晓星 黄组建 晁宪宗 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期2897-2904,共8页

光声(photoacoustic,PA)光谱技术因其灵敏度高、响应速度快等优点而受到广大学者关注。目前,光声场(photoacoustic field,PAF)-光声池(photoacoustic cell,PAC)耦合度对PA信号的影响尚无定论,基于PAF-PAC耦合度分析的PAC尺寸优化设计研... 光声(photoacoustic,PA)光谱技术因其灵敏度高、响应速度快等优点而受到广大学者关注。目前,光声场(photoacoustic field,PAF)-光声池(photoacoustic cell,PAC)耦合度对PA信号的影响尚无定论,基于PAF-PAC耦合度分析的PAC尺寸优化设计研究也鲜有报道。为此以圆柱形PAC为例,分析了PAF-PAC耦合度的影响因素及其对PA信号的影响。同时,制作了多种尺寸的圆柱形PAC,对其检测性能进行了测试。结果表明:PA信号强度随聚焦镜焦距和聚焦镜到PAC窗片的距离的增加而减弱,而随激光出射点到聚焦镜的距离以及光束几何中心线到微音器的距离的增大先增强后减弱;PAC的长度对其检测性能的影响较大,而半径对其性能影响较小。研究结果为圆柱形非谐振式PAC的尺寸设计及其与聚焦镜和激光出射点相对位置的选取提供了参考。 展开更多

关键词 光声光谱 光声池 耦合度 影响因素 尺寸设计

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基于微型共振光声池的高灵敏度油中溶解气体检测技术 被引量：5

8

作者 曹玲燕 李志军 +3 位作者 齐宏超 赵继宽 李辰溪 陈珂 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期250-257,共8页

针对真空脱气法脱气效率高但气量少的特点,提出了基于微型共振光声池的高灵敏度油中溶解气体检测技术。使用真空脱气法对变压器油中溶解的乙炔气体进行脱气,结合气室体积为12.4 mL的小体积H型共振式光声池,实现对油中溶解乙炔气体浓度... 针对真空脱气法脱气效率高但气量少的特点,提出了基于微型共振光声池的高灵敏度油中溶解气体检测技术。使用真空脱气法对变压器油中溶解的乙炔气体进行脱气,结合气室体积为12.4 mL的小体积H型共振式光声池,实现对油中溶解乙炔气体浓度的高灵敏度测量。利用掺铒光纤放大器对激光功率进行放大,并分析在近红外波段乙炔、水蒸气和二氧化碳的气体吸收光谱,选择较合适的气体吸收谱线进行光声信号激发。通过实验对激光调制电流和调制频率等参数进行优化。配置不同浓度的油样对系统的性能进行测试,得到系统对乙炔油样的最低检测限为0.2μL/L。 展开更多

关键词 激光光谱 光声光谱 油中溶解气体分析 光声池 真空脱气

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光声池几何形状对光声光谱检测性能的影响 被引量：10

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作者 程刚 曹亚南 +2 位作者 田兴 曹渊 刘锟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2345-2351,共7页

随着现代化工业的高速发展,痕量气体检测技术的重要性不言而喻,目前痕量气体检测技术已广泛应用于环保、化学工业、生物生态以及医学检测等各个领域,光声光谱技术由于它具有零背景检测、探测器不受波长限制、光学元件简单,系统调节及维... 随着现代化工业的高速发展,痕量气体检测技术的重要性不言而喻,目前痕量气体检测技术已广泛应用于环保、化学工业、生物生态以及医学检测等各个领域,光声光谱技术由于它具有零背景检测、探测器不受波长限制、光学元件简单,系统调节及维护方便等优点,现已成为光谱学领域中非常重要的检测手段,近些年来,随着微弱信号检测与激光器技术的快速发展,光声光谱技术也得到更多学者的关注与研究,所取得的成果为光声光谱检测性能的提升提供了重要的设计参考,然而,当前文献报道较少地涉及到光声池的优化工作,尤其是对光声池的形状构造等问题鲜有深入探索。光声光谱检测系统中最核心的部件之一即为光声池,它是承载待测气体的容腔以及产生光声耦合作用的场所,其形状构型在很大程度影响着光-声之间的耦合状况,以致于影响整机系统的信噪比与灵敏性,因而探索设计光声池的形状具有重要的理论研究意义及工程应用价值。为此,基于传统圆柱形光声池的设计基础,探索研究了纵向截面为圆形、正三角形、椭圆等8种典型形状的光声池结构模型,并对其声场特性进行了仿真分析,借助3D打印技术制作了各类光声池实物,通过实验对比分析了8种光声池的性能指标,在限定光声池纵向长度及纵向截面周长相等的条件下,仿真结果表明, 8种形状各异的光声池工作纵向声学模态振型均相同,实验结果表明, 8种光声池的工作声学共振频率值基本相同,受其激光光源与腔内声学模态耦合的影响,其品质因素从大到小依次为:圆形、短轴椭圆、正五边形、正方形、大圆轴线形、正三角形、小圆轴线形、长轴椭圆,池常数从大到小依次为:圆形、长轴椭圆、正五边形、正方形、大圆轴线形、小圆轴线形、正三角形、短轴椭圆,整体结果显示,对于光声光谱光声池的设计,在没有特殊要求的情况下,光声池应优先为圆形形状,研究过程与结果为光声光谱中光声池的设计与优化探索提供了借鉴与参考。 展开更多

关键词 光声光谱 光声池 几何形状 仿真计算 优化设计

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共振光声光谱系统中椭球形光声池的理论分析 被引量：7

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作者 王巧云 尹翔宇 +1 位作者 杨磊 邢凌宇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期1351-1355,共5页

实时在线气体检测在石油化工、现代工业、环境、医学诊断、智能电网中变压器在线监测等领域具有非常重要的意义。光声光谱气体检测技术是一种基于光声效应的气体检测技术,由于其具有检测灵敏度高、选择性强、分辨率高、检测范围宽、可... 实时在线气体检测在石油化工、现代工业、环境、医学诊断、智能电网中变压器在线监测等领域具有非常重要的意义。光声光谱气体检测技术是一种基于光声效应的气体检测技术,由于其具有检测灵敏度高、选择性强、分辨率高、检测范围宽、可实时在线监测等优点,已被广泛用于痕量气体检测。在光声光谱系统中,光声池是最重要的组成部分,其性能的好坏对于系统检测灵敏度和分辨率有着直接的影响。近些年来,光声光谱气体检测系统主要采用标准圆柱形共振光声池,系统的检测灵敏度和分辨率主要由微音器决定。为了进一步提高光声光谱法对于痕量气体检测的灵敏度和分辨率,对光声池进行深入研究分析,提出一种高灵敏度的椭球形共振光声池。结合气体热动力学和声学理论,利用COMSOL软件中的热声学模块分别对椭球形光声池和传统的圆柱形光声池进行了有限元方法分析,建立了其声学特征模型,并且对光声池的共振频率,光声池谐振腔内的声压分布情况以及声压级大小等声学特性进行了仿真研究。模拟了椭球形光声池的共振频率和声压信号大小与光声池谐振腔长度和中心半径之间的关系,从而优化了光声池的尺寸结构,选取了长度为100 mm,中心半径为5 mm的椭球形光声池最优结构,与相同外部尺寸下的传统圆柱形光声池进行了对比分析。结果表明,椭球形光声池的共振频率为1340 Hz,处于共振状态时产生的声压信号达到了5.01×10^-5 Pa,声压级为11 dB,品质因数为70;圆柱形光声池共振频率为1650 Hz,共振状态下产生的声压信号大小为5.7×10^-6Pa,声压级为-13.9 dB,品质因数为66。对比可知,椭球形光声池的共振频率明显小于圆柱形光声池,且最大声压信号是同尺寸圆柱形共振光声池的8.78倍,声压级提高了24.9 dB。由此可知,设计的椭球形共振光声池体积小,声压信号大,检测灵敏度高,光声池的性能有了明显提升,对于光声光谱法用于微痕量气体检测的灵敏度提高有着重要意义。 展开更多

关键词 光声光谱 椭球形 共振光声池

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基于正交试验的光声池气流性能模拟及参数优化 被引量：3

11

作者 程刚 曹亚南 +2 位作者 田兴 曹渊 刘锟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3899-3905,共7页

基于光声光谱原理的气体浓度检测是光声技术最典型的应用。与其他光谱气体检测方法相比,光声气体检测技术主要具有结构简单、探测器不受波长限制、零背景噪声、成本低等优点。它在气体检测领域得到了广泛的认可和应用。作为光声光谱气... 基于光声光谱原理的气体浓度检测是光声技术最典型的应用。与其他光谱气体检测方法相比,光声气体检测技术主要具有结构简单、探测器不受波长限制、零背景噪声、成本低等优点。它在气体检测领域得到了广泛的认可和应用。作为光声光谱气体检测系统的核心部件,光声池的性能将直接影响系统的检测结果。因此,光声池的优化设计已成为该领域的研究热点。当前,针对光声池的优化主要是基于系统静态条件,关于光声池腔内气体流动性能及动态时间响应的研究报道较少。由于光声池在动态检测条件下的气体扰动及系统检测噪声具有一定影响,因而对于光声池的相关参数进行进一步的探索与优化,改善光声池腔内气体流场分布、动压特性及其气体浓度平衡时间对于提升光声光谱的气体检测性能具有重要意义。为此,以传统的圆柱形光声池为基础,基于三维流场数值模拟方法建立了光声池腔内流场的稳态和瞬态模拟模型,计算获得了光声池腔内气体流场分布及其气体浓度平衡响应规律,结果表明,减少光声池腔内气流流速及优化光声池中的过渡结构将会改善气流引发的动压波动以及缩短腔内气体浓度调节时间。以光声池的缓冲腔与谐振腔过渡处圆角、辅助孔数量、辅助孔半径、辅助孔中心圆半径以及进气速度5个参数为因素,以谐振腔轴线中点处动压值和气体浓度调节时间为考察指标,采用数值模拟和正交试验设计与熵权法相结合的方法,获得了光声池的相关参数对动压值影响的主次影响顺序为:辅助孔半径>辅助孔数>进气速度>过渡圆角>辅助孔中心圆半径;对调节时间影响的主次顺序依次为:进气速度>辅助孔半径>辅助孔数=辅助孔中心圆半径>过渡圆角,为平衡指标的影响,将多目标参数优化问题转化成单目标优化问题,客观地给出动压值和调节时间的权重分别为0.49、 0.51。在研究参数范围内,获得了其最佳参数组合为:缓冲腔与谐振腔过渡处圆角为3.0 mm、辅助孔数量为8个、辅助孔半径为3.5 mm、辅助孔中心圆半径为22.5 mm、进气速度为0.06 m·s-1,优化后的光声池谐振腔轴线中点处动压值为9.4×10^(-4)Pa,腔内气体浓度调节时间为141 s,相较于优化前的指标,动压值相对降低了88.1%,调节时间相对降低了17.5%,两项指标均得到优化提升,优化效果较为理想。研究方法与结论可为光声池的优化设计和拓展研究提供重要参考。 展开更多

关键词 光声光谱 光声池 数值模拟 正交试验 熵权法 参数优化

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两级缓冲式光声池仿真设计及性能分析 被引量：2

12

作者 靳华伟 王浩伟 +1 位作者 罗平 方磊 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期2375-2380,共6页

光声池是发生“光-热-声”耦合的场所,光声池性能的优劣直接影响检测系统的精度与灵敏度。为了提高光声池的性能,在传统圆柱形光声池的基础上,提出了一种两级缓冲式光声池。利用COMSOL软件中热粘性声学物理场接口仿真分析了缓冲隔板高... 光声池是发生“光-热-声”耦合的场所,光声池性能的优劣直接影响检测系统的精度与灵敏度。为了提高光声池的性能,在传统圆柱形光声池的基础上,提出了一种两级缓冲式光声池。利用COMSOL软件中热粘性声学物理场接口仿真分析了缓冲隔板高度及缓冲隔板数量对光声池内声场的影响规律。结果表明,光声池的共振频率随缓冲隔板数量和高度的增大而减小。当缓冲隔板的数量固定,缓冲隔板高度H大于11 mm时,光声池的共振频率随缓冲隔板高度的增加而急剧减小。在光声池共振频率要求范围内,共振频率的减小有利于光声信号幅值的提高;当缓冲隔板的高度固定时,光声池的声压随缓冲隔板数量的增加而减小;当缓冲隔板高度在0~11 mm之间时,声压值保持相对稳定;当缓冲隔板高度大于11 mm时,声压值随缓冲隔板高度的增加而急剧减小。流场方面,通过在缓冲腔内设置缓冲隔板可减小左侧缓冲腔内的速度梯度。一级缓冲方式虽可一定程度减小速度梯度,但在缓冲隔板处出现速度波动,而两级缓冲方式不仅减小了光声池内的速度梯度,而且使气体流速更加平稳。考虑到光声信号幅值、声压及光声池内速度梯度等指标,选用缓冲隔板高度为11 mm,缓冲隔板数量为2。基于所给最优参数的两级缓冲式光声池,仿真及实验结果表明:所设计的两级缓冲式光声池和同尺寸的圆柱形光声池相比,声压由3.34×10^(-5)降低为3.32×10^(-5),本底噪声由(2.83±0.11)μV降低为(1.26±0.03)μV,共振频率由1344 Hz降低为1299 Hz。虽声压减小了1.2%,但声噪比提高了2.22倍,且共振频率在满足要求的范围内降低了3.3%,使光声信号幅值得到一定程度提升。整体来说,两级缓冲式光声池稳定了气体流动噪声,减小了流动噪声的波动幅度,为光声池优化设计提供了一种新的思路。 展开更多

关键词 光声光谱 光声池 有限元分析 优化设计

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绝缘材料光声池的理论分析与实验验证 被引量：1

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作者 陈图南 李康 +2 位作者 邱宗甲 韩冬 张国强 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期2922-2927,共6页

高压套管是电力系统的核心部件,对高压套管的绝缘状态进行检测具有重要的实际意义。由于目前常见的绝缘状态在线监测设备难以适用于安装位置特殊、体型较小的高压套管,研发适用于高压套管的检测系统势在必行。相较于传统金属结构的光声... 高压套管是电力系统的核心部件,对高压套管的绝缘状态进行检测具有重要的实际意义。由于目前常见的绝缘状态在线监测设备难以适用于安装位置特殊、体型较小的高压套管,研发适用于高压套管的检测系统势在必行。相较于传统金属结构的光声池,采用全绝缘结构光声池能够在进行原位检测时不形成悬浮电位,从而能够规避在高压套管内引发局部放电等故障,是对高压套管绝缘状态进行检测的理论可行方案之一。探究了适用于高压套管检测的原位检测系统重要部件全绝缘结构光声传感器的可行性。分别从基本原理、仿真计算及实验验证三个方面对全绝缘结构光声池进行了分析及论证。首先,就光声池材料对光声信号的影响进行了理论分析,讨论了相较于传统黄铜材料,由绝缘材料石英制成的光声池可能存在的问题。然后,在此基础上采用COMSOL Multiphysics建立了共振式光声池的仿真模型并进行了声学和热学相关计算,对理论分析的结果进行验证,并分析了实际情况下石英光声池的理论表现。最后,建立基于石英光声池的光声光谱检测系统实验平台,结合波长调制及二次谐波方法对微量乙炔气体进行定量检测,用于对石英光声池的可行性进行验证。仿真计算结果表明,类似于黄铜材料,石英材料光声池同样具备对微量气体进行定量检测的能力。实验结果表明,基于石英光声池的检测系统对乙炔气体的检测极限能够达到0.16μL·L^(-1),满足相关标准中油浸式电气设备对乙炔检测的需求。因此,以石英为材质的共振式光声池具备应用于高压套管原位检测的潜力。 展开更多

关键词 光声光谱 光声池 绝缘材料 仿真计算

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一种纵向共振光声池谐振频率测量方法 被引量：3

14

作者 杨志远 卢荣军 王生春 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期387-391,共5页

为了快速准确测量共振光声池的谐振频率,采用基于共振声谱的光声池谐振频率测量法,搭建了光声光谱检测系统和共振声谱检测系统。对影响测量准确性的因素进行了实验分析。在不同气体体积分数的情况下,分别采用共振声谱法和光声信号强度... 为了快速准确测量共振光声池的谐振频率,采用基于共振声谱的光声池谐振频率测量法,搭建了光声光谱检测系统和共振声谱检测系统。对影响测量准确性的因素进行了实验分析。在不同气体体积分数的情况下,分别采用共振声谱法和光声信号强度标定法测量光声池的谐振频率。结果表明,共振声谱法测量的光声池共振频率与声信号激励电压、声源传播距离及角度无关;在5种不同体积分数的乙炔气体条件下,所测得的光声池谐振频率与通过光声信号强度法的结果最大偏差为1.1Hz,可认为两种方法测量结果具有一致性。该方法简单快速、可靠和准确,可用于确定光声池谐振频率。 展开更多

关键词 测量与计量 光谱测量 共振声谱 光声光谱 共振光声池 最佳调制频率

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椭球形共振光声池设计及性能评估 被引量：3

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作者 张楚 潘浩 +1 位作者 尹翔宇 王巧云 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期641-647,共7页

提出一种新型椭球形共振光声池,利用有限元分析软件建立其声学特征模型,对光声池的共振频率、谐振腔内的声压分布进行仿真。根据乙炔(C_(2)H_(2))气体在近红外区吸收谱线的分布,选取1532.83 nm作为C_(2)H_(2)的测量谱线,采用可调谐分布... 提出一种新型椭球形共振光声池,利用有限元分析软件建立其声学特征模型,对光声池的共振频率、谐振腔内的声压分布进行仿真。根据乙炔(C_(2)H_(2))气体在近红外区吸收谱线的分布,选取1532.83 nm作为C_(2)H_(2)的测量谱线,采用可调谐分布式反馈(DFB)半导体激光器作为光源。利用法布里-珀罗(F-P)光纤声波传感器对声压信号进行采集,开展对椭球形光声池性能指标的测试。实验结果表明:椭球形光声池信噪比为34,检测极限灵敏度达到1.47×10^(-9),品质因数为45.5。由此得出,该结构提高了系统的灵敏度,使光声池的性能有了明显提升,有助于提高光声光谱法痕量气体的检测灵敏度。 展开更多

关键词 光谱学 椭球形共振光声池 光声光谱 乙炔 灵敏度

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光声光谱气体检测系统中光声池的仿真优化设计 被引量：1

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作者 闫星宇 傅海威 +3 位作者 雍振 王晓玲 张泽 赵子良 《光通信技术》 2023年第3期86-90,共5页

针对特定场合对光声光谱气体检测系统中光声池特征频率的设计需求,利用有限元分析法,以一阶圆柱形共振光声池为研究对象进行声学模态仿真,获得了前8阶声学模态;仿真分析谐振腔、缓冲室的半径和长度对光声池特征频率和光声信号强度的影... 针对特定场合对光声光谱气体检测系统中光声池特征频率的设计需求,利用有限元分析法,以一阶圆柱形共振光声池为研究对象进行声学模态仿真,获得了前8阶声学模态;仿真分析谐振腔、缓冲室的半径和长度对光声池特征频率和光声信号强度的影响。仿真结果表明:当谐振腔半径为3 mm时,谐振腔长度为120 mm,缓冲室的半径、长度分别为14.7 mm、60 mm是光声池特征频率在1400 Hz附近的最佳尺寸。 展开更多

关键词 光声光谱 光声池 特征频率 光声信号强度

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光声光谱检测系统中光声池模型的建立与优化 被引量：8

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作者 赵南 刘阳 +4 位作者 赵宁阳 马珑格 李媚聪 焦晶晶 丁琛斐 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期238-248,共11页

光声池作为光声光谱气体检测系统中的核心器件直接影响系统的检测精度,以经典圆柱形光声池为基础研究对象,利用有限元分析软件,结合压力声学及热粘性声学两种物理场对光声池内的声热耦合过程进行建模,通过仿真对比谐振腔和缓冲腔的几何... 光声池作为光声光谱气体检测系统中的核心器件直接影响系统的检测精度,以经典圆柱形光声池为基础研究对象,利用有限元分析软件,结合压力声学及热粘性声学两种物理场对光声池内的声热耦合过程进行建模,通过仿真对比谐振腔和缓冲腔的几何参数变化对光声池性能的影响,进而确定其最优尺寸。仿真结果表明:谐振腔、缓冲腔的长度和半径均会影响谐振频率和声压。充分考虑对比结果及工业制造难度后,选定谐振腔最佳长度为120 mm,最优半径为3 mm,缓冲腔半径为35 mm。在此基础上,设计了一种谐振腔与缓冲腔为圆角连接的光声池,与同尺寸直角光声池相比,圆角光声池在提高光声信号和降低流动噪声干扰方面更具优势,品质因数提高至1.109倍,池常数增大到3635.1 Pa·cm/W,声压提高到1.26×10^(-5) Pa。在甲烷气体的浓度检测中,系统灵敏度可达到0.87 ppm,检测结果较理想,符合高灵敏度的要求。因此,圆角连接光声池在性能上有明显提升,可为光声池的优化设计提供参考。 展开更多

关键词 光声光谱 仿真建模 有限元分析 光声池 优化设计

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全光谱傅里叶变换光声光谱的气体检测研究

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作者 崔佳佳 袁宇鹏 +7 位作者 李尚志 刘小利 邸劲 王耀鑫 崔茹悦 薛积禹 董磊 武红鹏 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期376-383,共8页

提出了一种基于差分共振光声池的傅里叶变换光声光谱技术,并系统地评估了其在宽带检测和多气体同步检测方面的性能表现。通过引入干涉仪的相位调制和机械斩波器的强度调制,实现了对宽带光源的统一调制,从而实现了傅里叶变换光谱与谐振... 提出了一种基于差分共振光声池的傅里叶变换光声光谱技术,并系统地评估了其在宽带检测和多气体同步检测方面的性能表现。通过引入干涉仪的相位调制和机械斩波器的强度调制,实现了对宽带光源的统一调制,从而实现了傅里叶变换光谱与谐振光声探测模块的高效结合。实验采用卤钨灯热光源与碳棒热光源对甲烷、乙炔等单组分气体及其多组分混合气体进行检测,实现了在1~20μm波段范围内的宽带响应。结果表明,傅里叶变换光声光谱技术融合了傅里叶变换光谱和光声光谱的优势,具备宽光谱响应、高分辨率、并行复用、无背景干扰及无波长选择的特性,可支持气体宽带检测和多气体同步检测,展现出全光谱检测的潜力,广泛适用于从可见光到红外甚至太赫兹波段的检测应用。 展开更多

关键词 傅里叶变换光声光谱 多气体同步检测 宽带检测 光声池 全光谱

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面向气体绝缘设备故障检测的高灵敏SO_(2)光声气体传感器

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作者 周阳 李尚志 +5 位作者 袁宇鹏 董磊 崔茹悦 薛积禹 申晓雯 武红鹏 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期384-390,共7页

针对气体绝缘开关设备(GIS)中二氧化硫(SO_(2))浓度高灵敏度检测的需求,设计并构建了一种基于LD泵浦全固态调Q激光器的紫外光声气体传感器。该传感器以中心波长为266 nm、发射功率高达36.93 mW的紫外激光器为光声信号激励光源,采用体积... 针对气体绝缘开关设备(GIS)中二氧化硫(SO_(2))浓度高灵敏度检测的需求,设计并构建了一种基于LD泵浦全固态调Q激光器的紫外光声气体传感器。该传感器以中心波长为266 nm、发射功率高达36.93 mW的紫外激光器为光声信号激励光源,采用体积仅0.39 mL的非共振光声池对微弱光声信号进行放大增强,最终通过检测光声信号实现对SO_(2)浓度的在线反演。通过优化调制频率等关键参数,传感器在室温和常压条件的SO_(2)探测灵敏度可达到286.9 ppb(在1 s积分时间内实现),且实验结果表明,当延长积分时间至100 s时,最低检测限低至9.1 ppb。该光声探测传感器具有高灵敏度、良好选择性和长期稳定性,能够为GIS设备潜在故障的早期诊断提供高效、可靠的技术支持。 展开更多

关键词 二氧化硫 痕量气体检测 光声光谱 非共振光声池 紫外激光器

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光声光谱二氧化碳传感的种子活力检测

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作者 郭振宇 樊亚杉 +5 位作者 翟保杰 谢睿隽 尚智金 田亚莉 邱选兵 李传亮 《光学精密工程》 北大核心 2025年第3期367-376,共10页

为研究种子呼吸过程中二氧化碳(CO_(2))含量变化与种子活力之间的关系,设计了一款基于差分亥姆霍兹光声池的CO_(2)光声传感系统,并通过测量不同种子活力的南粳水稻种子的CO_(2)产生速率,对系统进行了性能测试评估。自主设计了基于现场... 为研究种子呼吸过程中二氧化碳(CO_(2))含量变化与种子活力之间的关系,设计了一款基于差分亥姆霍兹光声池的CO_(2)光声传感系统,并通过测量不同种子活力的南粳水稻种子的CO_(2)产生速率,对系统进行了性能测试评估。自主设计了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)开发板的信号处理模块,实现了激光驱动电流的精准调控以及光声信号的解调,通过优化调制频率、激光调制深度和工作压力等系统参数,传感系统在1089 s的积分时间内获得了0.6×10^(-6)的最低检测极限。根据国标GB/T 3543.1,选用30 g南粳水稻种子进行了发芽实验,并与光声传感实验测得的CO_(2)演化浓度进行了线性拟合。结果表明,南粳水稻种子呼吸速率与种子活力成正比,二者的相关度达到0.979,为使用光声光谱技术测定水稻种子活力水平提供了参考依据。 展开更多

关键词 光声光谱技术 种子活力检测 亥姆霍兹光声池 二氧化碳

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