石英增强光声光谱技术及其在绝缘油中乙炔检测方面的应用研究进展

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作者 彭磊 赵耀洪 钱艺华 《广东电力》 北大核心 2025年第5期65-75,共11页

石英增强光声光谱(quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy,QEPAS)技术凭借其高灵敏度、零背景干扰、系统紧凑和低成本等优势,在变压器绝缘油中乙炔浓度(体积分数)检测方面展现出巨大潜力。为促进其应用,介绍QEPAS的原理、系统构成... 石英增强光声光谱(quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy,QEPAS)技术凭借其高灵敏度、零背景干扰、系统紧凑和低成本等优势,在变压器绝缘油中乙炔浓度(体积分数)检测方面展现出巨大潜力。为促进其应用,介绍QEPAS的原理、系统构成,以及与其他气体检测技术的优劣;探讨调整石英音叉频率、增强激光强度和设计声学谐振腔等多种信号增强方法进一步提高QEPAS系统对乙炔检测灵敏度和信号强度的方式;总结QEPAS技术在未来乙炔检测方面的发展方向,包括进一步优化系统参数、提高检测灵敏度、小型化、低功耗和高可靠性等,以推动该技术在电力行业和其他领域的广泛应用。 展开更多

关键词 石英音叉 石英增强光声光谱 乙炔检测 绝缘油 高灵敏度

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基于石英增强光声光谱技术的大气NO_(2)探测研究 被引量：1

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作者 王繁季 凌六一 +1 位作者 张浩鹏 高硕 《光子学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期183-193,共11页

设计了一种用于大气NO_(2)检测的共轴石英增强光声光谱系统,该石英音叉采用T字头结构,利用有限元分析软件对音叉进行仿真,得到其前6阶模态振型和共振频率,并与音叉频率标定实验进行对比,标准大气压下其共振频率为12464.5 Hz,品质因数为1... 设计了一种用于大气NO_(2)检测的共轴石英增强光声光谱系统,该石英音叉采用T字头结构,利用有限元分析软件对音叉进行仿真,得到其前6阶模态振型和共振频率,并与音叉频率标定实验进行对比,标准大气压下其共振频率为12464.5 Hz,品质因数为12850。其中传感器气室体积仅为7 cm^(3),具有体积小、质量轻的优点。使用150 mW的半导体激光器,在405 nm波长处发射激光,实验优化了气体流速对噪声的影响,对NO_(2)浓度和光声信号值进行拟合,R^(2)为0.999,在1 s平均时间和标准大气压下,NO_(2)的探测灵敏度为3.09×10^(-9),对应的归一化噪声等效吸收系数为1.32×10^(-8)cm^(-1)·W·Hz^(-1/2),延长平均时间为434 s时,最低探测极限为3.2×10^(-8)。对大气NO_(2)连续两周实时监测,其与环境监测站的数据吻合度基本一致,验证了该传感器的稳定性和可靠性。 展开更多

关键词 光声光谱 石英音叉 有限元仿真 NO_(2) 气体传感

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双通道离轴石英增强光声光谱气体传感器 被引量：1

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作者 隋心 马琰铭 +6 位作者 刘孝腾 张磊 宋芳 李秀英 徐琳 王一丁 郑传涛 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期112-121,共10页

为了消除杂散光激励石英音叉产生的光热信号对气体检测性能的影响,采用离轴配置谐振管,将两只中央开有槽口的谐振管平行于音叉正面放置在两侧,从而实现了探测光束与石英音叉的隔离,同时降低了系统组装和光路调整的复杂度。将光纤准直器... 为了消除杂散光激励石英音叉产生的光热信号对气体检测性能的影响,采用离轴配置谐振管,将两只中央开有槽口的谐振管平行于音叉正面放置在两侧,从而实现了探测光束与石英音叉的隔离,同时降低了系统组装和光路调整的复杂度。将光纤准直器、谐振管、石英音叉、直角棱镜和不锈钢气室进行集成,研制了一种尺寸仅为5.4 cm×4.0 cm×1.5 cm的光声检测模块,在此基础上,建立了一种光声光谱气体检测系统,采用中心波长为1533 nm的分布反馈激光器,通过检测乙炔气体来评估系统性能。实验结果表明,光声信号与气体浓度之间呈现良好的线性-关系,线性拟合优度为0.991。系统的1σ检测下限和对应归一化噪声等效吸收系数分别为11.6×10^(-6)和6.7×10^(-9)W·cm^(-1)·Hz^(-1/2)。对系统的Allan方差分析结果表明,当平均时间为0.5 s时,系统的检测下限为10.22×10^(-6),当平均时间为50 s时,系统检测下限可以达到1.20×10^(-6)。所研制的微小型双通道离轴石英增强光声光谱传感器系统具有体积小、价格低廉、灵敏度高等优点,有利于实现便携式气体检测。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱技术 气体传感器 波长调制技术 乙炔 石英音叉

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气体流量对石英增强型光声光谱检测精度的影响 被引量：2

4

作者 张佳薇 谈志强 +3 位作者 李明宝 彭博 谢永浩 郑岳涵 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第3期1048-1053,共6页

石英增强型光声光谱(quartz enhanced photoacoustic spectroscopy,QEPAS)检测技术在痕量气体浓度检测方面具有灵敏度高、可靠性好、系统体积小等优势。以二氧化碳为目标气体,深入研究不同气体流量对QEPAS检测系统精度的影响。通过Fluen... 石英增强型光声光谱(quartz enhanced photoacoustic spectroscopy,QEPAS)检测技术在痕量气体浓度检测方面具有灵敏度高、可靠性好、系统体积小等优势。以二氧化碳为目标气体,深入研究不同气体流量对QEPAS检测系统精度的影响。通过Fluent ANSYS仿真软件对气体流场进行分析,完成对不同流量情况下气室内压强和流速的仿真。通过基于QEPAS的CO_(2)气体检测系统的实验,研究了气室压强对气体浓度检测的影响。实验结果表明通过控制气体流量使得气室内的压强为1.08×10^(-1)~1.48×10^(-1) Pa时,检测信号与气体浓度之间线性关系良好,相关系数R=0.99971,系统相对误差为0.5%,系统检测下限为72×10^(-6)mL/m^(3)。 展开更多

关键词 石英增强型光声光谱(qepas) 痕量气体检测 二氧化碳检测:Fluent

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基于2.004μm的离轴石英音叉增强型光声光谱测量CO2的研究 被引量：4

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作者 解颖超 王瑞峰 +2 位作者 曹渊 刘锟 高晓明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期2664-2669,共6页

CO2是大气的重要组成成分,也是现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气的产物。一方面大量的人源排放CO2进入大气是引发温室效应最主要因素,另一方面, CO2是窒息性气体,在封闭环境积累过高的CO2会导致窒息等安全问题。因此发展小型... CO2是大气的重要组成成分,也是现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气的产物。一方面大量的人源排放CO2进入大气是引发温室效应最主要因素,另一方面, CO2是窒息性气体,在封闭环境积累过高的CO2会导致窒息等安全问题。因此发展小型化、高灵敏度的CO2检测技术在大气环境探测、封闭环境工作区域安全监测等方面具有重要意义和应用需求。利用近年来快速发展的小型化石英音叉谐振增强光声光谱技术,采用相对简单的离轴结构方案,开展了探测CO2的研究。离轴石英音叉增强型光声光谱技术具有探测模块体积小、灵敏度高、抗干扰、成本低、功耗低,对激光器要求低等优点,在发展低功耗便携式气体传感器方面具有巨大的潜力。近年来,尤其是随着近红外激光器技术的逐渐成熟,为离轴石英音叉增强型光声光谱技术提供质量更好、能量更高的激励光源,使得离轴石英音叉增强型光声光谱检测技术具有更高的探测灵敏度,实现了在低浓度下对气体进行精确的检测。通过HITRAN 2012分子光谱数据库筛选出适合探测的谱线,选择2.004μm近红外分布反馈式半导体激光器作为激励光源,通过波长调制方式来激发CO2光声信号,并采用二次谐波检测技术实现光声信号的探测。实验中通过对进样CO2气体加湿、优化调制振幅等方式提高检测性能,实现了空气CO2的探测。在常压下,通过配气仪配置不同浓度的CO2样品,开展了浓度与信号的响应特性研究,获得了良好的线性响应结果。同时也开展了相同浓度CO2样品在不同压力下的信号测量研究,并用Allan方差对系统性能进行评估。结果表明,当平均时间为1 000 s时,系统的探测极限为4×10^-3μL·L^-1,在压力150 Torr时可获得最佳的测量信号,常压下系统对CO2的最小探测灵敏度为15μL·L^-1,相应的归一化噪声等效吸收系数为7.33×10^-9,在150 Torr下最小探测灵敏度为6μL·L^-1。 展开更多

关键词 离轴石英音叉增强型光声光谱 二氧化碳 探测 二次谐波检测技术

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基于悬臂梁增强型光声光谱的SF_6特征分解组分H_2S定量检测 被引量：21

6

作者 张晓星 李新 +2 位作者 刘恒 李健 程政 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第15期187-196,共10页

H_2S作为SF_6分解产生的关键特征组分,能够有效反映SF_6气体绝缘电气设备内部绝缘故障的严重程度及故障是否涉及固体绝缘材料。采用新型硅微悬臂梁传声器与分布反馈式半导体激光器搭建了悬臂梁增强型光声光谱痕量气体检测系统,以H_2S气... H_2S作为SF_6分解产生的关键特征组分,能够有效反映SF_6气体绝缘电气设备内部绝缘故障的严重程度及故障是否涉及固体绝缘材料。采用新型硅微悬臂梁传声器与分布反馈式半导体激光器搭建了悬臂梁增强型光声光谱痕量气体检测系统,以H_2S气体v1+v2+v3泛频吸收谱带中心波数为6 336.62 cm-1的吸收谱线作为研究对象,仿真研究了H_2S气体的红外吸收特性,试验研究了H_2S气体悬臂梁增强型光声光谱响应特性,采用最小二乘回归分析了H_2S气体光声信号与其体积分数的关系。结果表明,在气体吸收未饱和的情况下,光声信号强度与H_2S体积分数之间存在良好的线性关系,系统对N2中痕量H_2S的检测下限为0.84×10-6,对SF_6中痕量H_2S的检测下限为1.75×10-6。研究结果为采用SF_6分解组分法判断设备内部绝缘故障类型和严重程度提供了有力的数据支持。 展开更多

关键词 SF6特征分解组分 H2S 悬臂梁增强型光声光谱 定量检测

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石英晶振用于石英增强光声光谱系统的优化实验研究 被引量：6

7

作者 郑华丹 董磊 +5 位作者 刘研研 武红鹏 张雷 马维光 尹王保 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期3187-3191,共5页

研究了音叉式石英晶振的个体尺寸、安放角度、探测部位以及外部污染对整个石英增强光声光谱系统(QEFAS)的探测灵敏度影响。测试了国内外十种不同音,结果表明顶端为楔形构造的音叉式石英晶振比规则的长方体构造的音叉拥有更高的品质因数(... 研究了音叉式石英晶振的个体尺寸、安放角度、探测部位以及外部污染对整个石英增强光声光谱系统(QEFAS)的探测灵敏度影响。测试了国内外十种不同音,结果表明顶端为楔形构造的音叉式石英晶振比规则的长方体构造的音叉拥有更高的品质因数(Q值)。在相同的测试条件下探测水的吸收线(7 306 cm^(-1))时获得更高的灵敏度,探测信号的强度相差高达50%。在研究音叉安放角度对探测信号影响的实验中,发现音叉的旋转角度与俯仰角度对探测信号的强度几乎没有影响,但是当光束以角度Φ斜入射时,更多的噪声被带入到测量中。在正入射的情况下音叉的最佳响应位置在距离音叉底部约3.1 mm。定性研究了外部杂物污染对音叉频率的影响,发现随着污染物的附着,石英音叉的频率会呈现降低的趋势,提供了一种改变音叉式石英晶振的共振频率的方法,为石英音叉用于较低调制频率的探测提供了一种理论可能,这对于石英增强光声光谱技术用于V-T弛豫率较慢的痕量气体检测有重要的意义。 展开更多

关键词 光谱学 石英增强光声光谱 音叉式石英晶振 光学气体传感器 传感器优化

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珐珀解调的石英增强光声光谱气体探测系统 被引量：5

8

作者 林成 朱永 +3 位作者 韦玮 张洁 田莉 许祖稳 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第5期1163-1166,共4页

提出一种珐珀解调,适用于开放环境的全光式石英增强光声光谱气体探测系统。基于石英增强光声光谱系统,采用法珀干涉解调代替传统的电解调方式,通过拾取石英音叉的叉指侧面与光纤端面之间形成的法珀腔的腔长变化解调得到被测气体的光声... 提出一种珐珀解调,适用于开放环境的全光式石英增强光声光谱气体探测系统。基于石英增强光声光谱系统,采用法珀干涉解调代替传统的电解调方式,通过拾取石英音叉的叉指侧面与光纤端面之间形成的法珀腔的腔长变化解调得到被测气体的光声光谱信号。构建了实验系统,在开放环境中完成了对空气中水蒸气的探测实验,得到其归一化噪声等效吸收系数为2.80×10-7 cm-1.W.Hz-1/2。结果表明,该探测系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱探测系统的2.6倍。该系统具有极强的抗电磁干扰能力、能够用于易燃易爆气体检测、适用于高温、高湿度等恶劣环境并实现远距离多点、组网探测。 展开更多

关键词 痕量气体探测 光声光谱 石英增强 法珀解调

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基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器优化设计 被引量：4

9

作者 马英 余亮 +5 位作者 郑华丹 刘群 丘丹圭 侯建荣 尹王保 董磊 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期54-59,共6页

为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度,在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉,并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置,发现音叉的一次泛频... 为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度,在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉,并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置,发现音叉的一次泛频振动有两个波腹点,且在距离音叉根部8 mm处,音叉振臂的振动幅度最大.微型声音谐振腔由三种不同内径的不锈钢毛细管加工而成,与音叉组成共轴配置石英增强光声光谱光谱测声器,用来进一步增强信号幅值.在最佳微型声音谐振腔配置下,获得了30倍的信号增益因子,有效提高了石英增强光声光谱光谱测声器的探测灵敏度. 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 音叉式石英晶振 光学气体传感器 传感器优化 泛频振动

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利用石英增强光声光谱技术在2.0μm处实现高灵敏CO_2检测的实验研究 被引量：6

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作者 刘小利 武红鹏 +5 位作者 邵杰 董磊 张雷 马维光 尹王保 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期2078-2082,共5页

基于石英增强光声光谱技术,以中心波长为2.0μm的窄线宽分布反馈式半导体激光器(DFB)为激励光源,采用波长调制及二次谐波解调技术通过改变激光器工作电流实现波长扫描完成了痕量CO2气体检测系统,并通过优化实验参数确定了常压下激光最... 基于石英增强光声光谱技术,以中心波长为2.0μm的窄线宽分布反馈式半导体激光器(DFB)为激励光源,采用波长调制及二次谐波解调技术通过改变激光器工作电流实现波长扫描完成了痕量CO2气体检测系统,并通过优化实验参数确定了常压下激光最佳调制深度,实现了高灵敏CO2浓度的检测。通过改变待测气体中的水汽浓度,研究了水汽对CO2气体探测结果的影响,结果显示在水汽浓度低于0.2%范围内,CO2气体光声信号随H2O浓度的上升而明显增强,当浓度高于此值后,H2O浓度的增加对CO2光声信号的增强作用几乎维持不变。数据显示,常温常压下H2O分子通过提高分子弛豫率最多可将二氧化碳R16吸收线的光声信号幅值提高约2.1倍。优化后的装置可以很好的实现大气中CO2浓度的检测。该装置获得的最小探测灵敏度为19ppm(1σ,300ms积分时间),相应的归一化噪声等效吸收系数为4.71×10-9 cm-1·W·Hz-1/2。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 2.0μm分布反馈激光器 气体传感器 分子弛豫率

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基于石英增强光声光谱技术的开放光路气体传感系统研究 被引量：2

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作者 张洁 朱永 +3 位作者 韦玮 林成 田莉 许祖稳 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期161-165,共5页

针对传统石英增强光声光谱系统存在体积大、实时性差,无法在狭小空间中探测等缺点,提出一种基于光纤引导方式的开放光路石英增强光声光谱传感系统。该系统用光纤将激光引导至石英音叉两叉指中央,以实现对狭小空间中痕量气体的探测。搭... 针对传统石英增强光声光谱系统存在体积大、实时性差,无法在狭小空间中探测等缺点,提出一种基于光纤引导方式的开放光路石英增强光声光谱传感系统。该系统用光纤将激光引导至石英音叉两叉指中央,以实现对狭小空间中痕量气体的探测。搭建了实验系统,开展了对常温常压下空气中水蒸气含量的探测来验证该系统的灵敏度及可靠性。得到其归一化噪声系数为7.15×10-7cm-1.W/Hz1/2。实验结果表明,该系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱系统的5倍。该系统体积小、实时性强、无需样本取样,适用于开放环境中对痕量气体的检测。 展开更多

关键词 气体传感 光声光谱 开放光路 石英音叉

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全光式石英增强光声光谱痕量气体传感器 被引量：2

12

作者 林成 《激光杂志》 北大核心 2018年第9期59-62,共4页

提出一种应用于乙炔气体探测的全光式石英增强光声光谱探测系统，采用具有正交相位点自稳定特性的外腔式光纤珐珀干涉仪作为光声信号解调单元，从而有效提高系统探测灵敏度和精度。基于波长调制技术，分析了调制深度系数对二次谐波信号... 提出一种应用于乙炔气体探测的全光式石英增强光声光谱探测系统，采用具有正交相位点自稳定特性的外腔式光纤珐珀干涉仪作为光声信号解调单元，从而有效提高系统探测灵敏度和精度。基于波长调制技术，分析了调制深度系数对二次谐波信号的影响。选择6534．36cm-1作为实验用乙炔吸收线，实验得到了该系统最佳调制系数为2．2，对应的最佳调制深度为0．1795cm-1。实验测量得到了光声信号与乙炔浓度的线性关系，其线性度为0．997；进而得到该系统的探测极限为584ppbv，对应的归一化等效噪声吸收系数为2．4×10-7cm-1·W·Hz-1/2。最后，利用Allan—Werle方差进行了系统长期稳定性分析，由此得到系统的最佳平均时间约为100s时，系统的最小可探测极限降低到约130ppbv。 展开更多

关键词 全光式 石英增强光声光谱 自稳定 光纤珐珀干涉仪

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石英增强光声光谱技术发展现状

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作者 王亚非 刘丽娴 +2 位作者 高椿明 卢泽宇 周鹰 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期940-945,共6页

痕量气体检测技术在污染监测、工业生产、国防安全等领域均发挥了重要的作用。石英增强光声光谱技术(QEPAS)具有抗干扰能力强、体积小、灵敏度高(ppb量级)等特点,是痕量气体检测技术的研究热点之一,实现了对多种有毒气体的高灵敏度检测... 痕量气体检测技术在污染监测、工业生产、国防安全等领域均发挥了重要的作用。石英增强光声光谱技术(QEPAS)具有抗干扰能力强、体积小、灵敏度高(ppb量级)等特点,是痕量气体检测技术的研究热点之一,实现了对多种有毒气体的高灵敏度检测。该文叙述了QEPAS技术原理,回顾了5种不同结构QEPAS系统的发展情况及进展,并对该技术的研究前景进行了展望。 展开更多

关键词 归一化噪声等效吸收系数 石英增强光声光谱 石英音叉 痕量气体检测

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湿度和SF_6在石英增强光声光谱中对CO分子弛豫率的影响 被引量：9

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作者 卫婷婷 武红鹏 +1 位作者 尹旭坤 董磊 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期1870-1875,共6页

为了研究六氟化硫(SF_6)气体分子和水汽(H_2O)对一氧化碳(CO)气体分子的弛豫率的影响,建立了一个基于石英增强光声光谱(QEPAS)技术的痕量气体传感器系统。采用1.57μm的近红外分布式反馈二极管激光器作为激励光源,并对不同SF_6和H_2O气... 为了研究六氟化硫(SF_6)气体分子和水汽(H_2O)对一氧化碳(CO)气体分子的弛豫率的影响,建立了一个基于石英增强光声光谱(QEPAS)技术的痕量气体传感器系统。采用1.57μm的近红外分布式反馈二极管激光器作为激励光源,并对不同SF_6和H_2O气体浓度下的CO的光声信号进行对比研究。首先用CO传感器系统探测CO与N_2的气体混合物中CO的光声信号,然后在CO与N_2气体混合物中加入不同浓度的SF_6气体,分别探测不同浓度SF_6气体下的CO光声信号强度。最后在CO与N_2的气体混合物中加入不同浓度H_2O,探测加入H_2O后的CO的光声信号强度。实验结果表明随着CO和N_2气体混合物中SF_6气体浓度的增加,CO的光声信号幅值几乎没有变化,而在混合物中加入2.5%的H_2O后,发现CO的光声信号提高了约5倍。因此,SF_6对CO气体的弛豫率没有明显的影响,然而H_2O的添加能够有效缩短CO气体的弛豫时间。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 痕量气体 近红外激光器 弛豫率

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石英增强光声光谱技术研究进展 被引量：2

15

作者 马欲飞 佟瑶 +2 位作者 何应 张立功 于欣 《发光学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期839-848,共10页

石英增强光声光谱(QEPAS)技术是一种新颖的气体探测技术,具有体积小、灵敏度高等优点,是痕量气体检测技术的研究热点。本文对QEPAS技术的基本原理、发展历史及发展现状进行了综述,并对多种不同结构的QEPAS系统发展情况进行了介绍,最后... 石英增强光声光谱(QEPAS)技术是一种新颖的气体探测技术,具有体积小、灵敏度高等优点,是痕量气体检测技术的研究热点。本文对QEPAS技术的基本原理、发展历史及发展现状进行了综述,并对多种不同结构的QEPAS系统发展情况进行了介绍,最后对该技术的发展前景进行了展望。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 痕量气体检测 激光器 石英音叉

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基于功率增强型QEPAS技术的二氧化碳气体高灵敏检测研究 被引量：7

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作者 武红鹏 彭赛男 +2 位作者 赵晋彪 董磊 贾锁堂 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期840-844,共5页

二氧化碳(CO_2)是环境大气以及燃烧废气的主要成分,同时也是重要的化工原料,对其浓度进行高灵敏度检测在物理、生物、化学等众多学科中均有重要的应用。传统检测方法已经无法满足国防科研、能源化工、医疗诊断等科技前沿领域中对CO_2浓... 二氧化碳(CO_2)是环境大气以及燃烧废气的主要成分,同时也是重要的化工原料,对其浓度进行高灵敏度检测在物理、生物、化学等众多学科中均有重要的应用。传统检测方法已经无法满足国防科研、能源化工、医疗诊断等科技前沿领域中对CO_2浓度检测的需求。石英增强光声光谱(QEPAS)技术是近年来发展迅速的一种激光检测技术,具有高分辨率、小体积、对环境噪声免疫等优点。基于QEPAS技术探测灵敏度与激励光功率成正比的特性,以中心波长为1 572 nm的窄线宽分布反馈式半导体激光器为激励光源,将掺饵光纤放大器(EDFA)与QEPAS技术联用,提出了功率增强型QEPAS技术,实现了光声信号的大幅度提高。此外,通过波长调制技术、谐波解调技术以及电调制相消技术的使用,成功将装置的整体噪声压制在音叉式石英晶振的理论热噪声水平。激光波长调制深度对装置信号幅度的影响也通过实验在一个标准大气压下进行了研究。结果显示,对6 361.25 cm^(-1)处CO_2气体吸收线,当激光功率为1 495 mW,调制深度为0.33 cm^(-1),系统探测带宽为0.833 Hz时,功率增强型QEPAS装置对CO_2的探测灵敏度为3.5 ppm,归一化等效吸收系数为1.01×10^(-8) W·cm^(-1)·Hz^(-1/2)。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 光纤放大器 电调制相消 CO2检测

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基于锤状石英音叉的光声光谱痕量气体高灵敏检测 被引量：2

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作者 陈争 孙波 +1 位作者 董磊 武红鹏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期268-277,共10页

针对传统商用音叉存在的共振频率高、振臂间距窄等问题,利用COMSOL有限元分析软件构建音叉理论模型,确定了音叉的共振频率及品质因数等核心电学参数与音叉几何尺寸之间的相关特性,进而通过控制音叉振臂形状、长度等几何特性,设计制备了... 针对传统商用音叉存在的共振频率高、振臂间距窄等问题,利用COMSOL有限元分析软件构建音叉理论模型,确定了音叉的共振频率及品质因数等核心电学参数与音叉几何尺寸之间的相关特性,进而通过控制音叉振臂形状、长度等几何特性,设计制备了具有振臂间距宽、共振频率低且品质因数高等特性的锤状异型音叉。在将音叉外表面设置为硬声场边界条件且将音叉基座设置为固定约束条件的情况下,对锤状异型定制音叉的关键参数进行了理论计算及实验测定。结果显示,与传统商用音叉相比,异型音叉在振臂间距扩大近3倍的情况下,其共振频率和品质因数两项音叉核心电学参数分别优化了62%和14%。为验证锤状异型定制音叉在光声光谱气体传感技术中的性能,基于该定制音叉搭建了乙炔石英增强光声光谱传感器。在对激光调制深度、微型声学谐振腔腔长、谐振腔装配位置等多项参数优化后,乙炔传感器在300 ms积分时间及常温常压条件下获得的检测极限相比基于传统商用音叉搭建的传感器提升了近一个数量级,达到了282×10^(-9),归一化噪声等效吸收系数可达3.84×10^(-9)cm^(-1)W/√Hz。 展开更多

关键词 光声光谱 石英增强光声光谱 定制音叉 锤状振臂 乙炔 气体传感器

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离轴石英谐振光声光谱CO_2传感研究 被引量：1

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作者 周彧 刘锟 高晓明 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期137-142,共6页

二氧化碳(CO_2)不仅是一种重要的温室气体,也是具有危害性的窒息性气体,因此发展小型化、高灵敏度的CO_2浓度传感器对无人机载、探空球等探测大气CO_2以及在空间封闭环境的CO_2浓度监测等领域具有较大的应用需求。开展了基于2.0μm可调... 二氧化碳(CO_2)不仅是一种重要的温室气体,也是具有危害性的窒息性气体,因此发展小型化、高灵敏度的CO_2浓度传感器对无人机载、探空球等探测大气CO_2以及在空间封闭环境的CO_2浓度监测等领域具有较大的应用需求。开展了基于2.0μm可调谐半导体激光器的CO_2传感研究,搭建了CO_2探测实验系统。系统以4989.97 cm^(-1)处的CO_2吸收谱线为研究对象,采用微小型离轴石英音叉增强型光声光谱新技术对CO_2气体传感进行研究。通过优化调制频率和调制振幅等参数,确定了CO_2传感系统的最佳参数。在最优实验参数条件下对CO_2气体进行探测,获得系统的最小探测灵敏度为142μL/L,最小归一化等效噪声吸收系数为3.37×10^(-8)cm^(-1)W/Hz^(1/2)。 展开更多

关键词 光谱学 灵敏度 石英音叉光声光谱 二氧化碳

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基于圆柱腔的石英增强光谱传感技术研究(特邀) 被引量：2

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作者 梁添添 洪颖昊 马欲飞 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期178-187,共10页

设计了一种非一维共振腔的圆柱腔,利用入射声波与反射声波之间的共振增强效应来增大传感系统信号强度,并应用在面外入射的石英增强光声光谱技术(QEPAS)和石英增强光致热弹光谱技术(LITES)技术中。对添加圆柱腔前后的石英音叉摆幅和圆柱... 设计了一种非一维共振腔的圆柱腔,利用入射声波与反射声波之间的共振增强效应来增大传感系统信号强度,并应用在面外入射的石英增强光声光谱技术(QEPAS)和石英增强光致热弹光谱技术(LITES)技术中。对添加圆柱腔前后的石英音叉摆幅和圆柱腔位置进行了理论模拟与优化。实验中,采用水汽为目标探测气体和输出波长1.395μm的半导体激光器为激发源,相比未添加圆柱腔的裸石英音叉系统,添加圆柱腔的QEPAS和LITES系统探测极限分别改善了2.32倍和1.27倍。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱技术 石英增强光致热弹光谱技术 圆柱腔 气体传感 石英音叉

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音叉式石英晶振用于光声气体传感的研究进展 被引量：4

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作者 董磊 李尚志 +1 位作者 尚智金 武红鹏 《河南师范大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2022年第2期16-28,F0002,共14页

旨在讨论基于音叉式石英晶振(石英音叉)的石英增强光声光谱技术最新进展及应用.从石英音叉的基本原理以及标准32.7 kHz石英音叉的局限性开始,介绍了新型石英音叉的设计及改进方案,然后依据石英音叉的振动模式,将其按照基频振动模式以及... 旨在讨论基于音叉式石英晶振(石英音叉)的石英增强光声光谱技术最新进展及应用.从石英音叉的基本原理以及标准32.7 kHz石英音叉的局限性开始,介绍了新型石英音叉的设计及改进方案,然后依据石英音叉的振动模式,将其按照基频振动模式以及第一泛频振动模式进行分类并展开详细描述.此外,基于这些定制音叉的特性,介绍了它们应用于石英增强光声光谱气体传感领域的最新进展,阐述了基于新型定制石英晶振的石英增强光声光谱传感系统的稳定性以及可靠性. 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 定制石英音叉 振动模式 痕量气体传感

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