【摘要】：隨著化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展,揮發(fā)性有機物(VOCs)已逐步成為工業(yè)生產(chǎn)過程的重要原料,但是因其大多具有毒性、且易燃易爆、容易形成有機污染物,嚴重威脅了生產(chǎn)安全和社會安定。因此,對VOCs進行準確的實時在線監(jiān)測,對危險品進行成分識別和智能預(yù)警都有著重要的實際意義。中紅外激光吸收光譜因其其無損檢測、快速響應(yīng)和高靈敏度等特性而被廣泛用于大氣環(huán)境、工業(yè)處理控制等領(lǐng)域的氣體檢測分析。目前,該技術(shù)中常用光電探測器主要有碲鎘汞探測器(MCT)和量子阱探測器,總體上成本較高。此外,受探測器所用介質(zhì)材料的自身特性限制,通常波長或頻率響應(yīng)帶寬有限,從而無法滿足整個電磁波范圍內(nèi)的全波段響應(yīng)。本論文基于石英音叉(QCTF)的壓電效應(yīng)和諧振特性研制了一種成本低、無波長響應(yīng)帶寬限制的光電探測器,深入研究了其對相關(guān)參數(shù)的依賴特性,并與商業(yè)化光電探測器進行了對比,檢驗了石英音叉光電探測器的有效性和可靠性。通過將QCTF探測器與新型外腔式量子級聯(lián)激光器結(jié)合,搭建了一套揮發(fā)性有機物檢測系統(tǒng);通過檢測不同站點汽油樣品中揮發(fā)性有機物的紅外吸收光譜,結(jié)合數(shù)據(jù)庫標準參考光譜與自行建立的多算法光譜分析模型,實現(xiàn)了對不同型號汽油樣本中主要揮發(fā)性有機物的相對含量分析和成分歸屬,結(jié)果與其他檢測方法報道的結(jié)果具有很好的一致性;此外,將該系統(tǒng)拓展到揮發(fā)性有機物的遠距離探測研究,利用固定波長探測模式,有效抑制了大氣和揮發(fā)物羽流的湍流效應(yīng),分別在1 150 cm-1、1217 cm-1和1250 cm-1波長處實現(xiàn)了乙醚、丙酮和乙醇三種揮發(fā)性有機物混合羽流的有效識別和分析,探測距離可達40米,為工業(yè)處理控制和公共安全維護等領(lǐng)域中危化品泄漏監(jiān)測和智能預(yù)警等應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。
【圖文】：

邐第一章緒論邐逡逑由朗伯比爾定律可得，吸收光譜的檢測限與光在氣體中的有效光程成正比變化。逡逑大氣中除了主要成分（氮氣和氧氣）之外，還包含著大量痕量氣體，為了實現(xiàn)高靈逡逑敏度檢測，通常需要結(jié)合多通型長程氣體吸收池。目前，多通吸收池主要包括：逡逑Ｗｈｉｔｅ型ｐ９］、Ｈｅｒｒｉｏｔ＾［３（）］、Ｃｈｅｍｉｎ型［３１＿３２］、改良邋Ｈｅｒｒｉｏｔｔ邋型１３３１邋和密集模式多通逡逑池［３４］（如圖１．１）。多通吸收池具有體積小，方便攜帶的特點，通常由兩個或多逡逑個反射鏡組成。因為從多通池泄漏的光強度隨著反射次數(shù)呈指數(shù)減小，所以通常逡逑采用高反射率反射鏡來獲得最大數(shù)量的反射，并且同時保證足夠的光離開該單元逡逑用于光譜測量。它的有效光程長達到幾十米甚至千米級，選擇合適的激光器與分逡逑子吸收波段，，探測靈敏度可以達到１0＿９甚至丨0“２量級。氣體多通吸收池目前多應(yīng)逡逑用于實驗室環(huán)境，通常需要可見光進行精確校準且受反射鏡尺寸影響，較大的體逡逑積不利于氣流的快速穩(wěn)定。近來，一種便攜式微型化的空芯光纖被開發(fā)應(yīng)用于氣逡逑體的傳感，具有更高的穩(wěn)定性［３５］。逡逑Ｗｈｉｔｅ邋ｃｅｌｌｓｂＨｅｒｒｉｏｔｔ邋ｃｅｌｌｓ逡逑

可以在腔中積聚大量光能，低損耗反射鏡允許光從光學(xué)腔泄漏出來，以表征腔內(nèi)逡逑氣體的吸收。這些基于腔的方法通常分為腔衰蕩光譜（ＣＲＤＳ）１４２＂４４１，其變體如腔逡逑增強吸收光譜（ＣＥＡＳ）［４５］和集成腔輸出光譜（ＩＣＯＳ）１４６１。圖１．２為傳統(tǒng)的腔衰蕩光譜逡逑技術(shù)的實驗裝置。腔衰蕩激光光譜也是一種直接吸收技術(shù)，但它的靈敏度遠高于逡逑傳統(tǒng)吸收光譜學(xué)，對光源強度波動不敏感，而且可以在短光學(xué)腔（數(shù)十厘米）內(nèi)逡逑實現(xiàn)的極長的有效路徑長度（數(shù)公里）。１９９８年，Ｏ＇Ｋｅｅｆｅ和Ｅｎｇｅｌｎ等人［４７１獨立提逡逑出了ＣＲＤＳ技術(shù)的兩種修改，即丨ＣＯＳ和ＣＥＡＳ。這三種方法的概念是相似的，但逡逑是存在與激光束和腔的對準以及模式結(jié)構(gòu)有關(guān)的差異。與ＣＲＤＳ相比，丨ＣＯＳ和逡逑ＣＥＡＳ的一大優(yōu)勢在于它可以無限制地用于振鈴時間或激光頻率與無腔光譜范圍逡逑４逡逑
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN15;O657.3;TQ086.52

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