本文關(guān)鍵詞：基于LED光源的離軸石英增強(qiáng)型光聲光譜的研究與應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：石英音叉增強(qiáng)型光聲光譜(QEPAS)技術(shù)是一種新型的光聲光譜檢測(cè)技術(shù),通過(guò)使用一個(gè)具有高品質(zhì)特性的音叉式石英晶振代替?zhèn)鹘y(tǒng)光聲光譜技術(shù)中寬帶麥克風(fēng),使其擁有了動(dòng)態(tài)范圍大、結(jié)構(gòu)小型化的特點(diǎn)。通常QEPAS傳感器配備聲共振管來(lái)增強(qiáng)光聲信號(hào),進(jìn)而提高系統(tǒng)的探測(cè)靈敏度。共振管一般有兩種配置,一種是共軸配置,一種是離軸配置。共軸配置的光聲光譜分析儀對(duì)光束質(zhì)量要求高,通常使用激光器作為光源,因此普遍具有儀器成本高、靈活性差等缺點(diǎn)。本文所研究的基于LED光源的離軸石英增強(qiáng)型光聲光譜(OB-QEPAS)系統(tǒng),具有光路調(diào)節(jié)方便、儀器成本低等優(yōu)點(diǎn),其探測(cè)靈敏度與共軸設(shè)備基本相當(dāng),基于該構(gòu)型的氣體傳感器易于工業(yè)化生產(chǎn)。本課題在系統(tǒng)地研究了離軸石英增強(qiáng)型光聲光譜技術(shù)特性的基礎(chǔ)上,對(duì)微型聲學(xué)共振管進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究,建立了離軸共振管最佳尺寸的數(shù)學(xué)模型,對(duì)離軸的聲學(xué)共振管進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。在理論和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合ARM+Mndows CE軟硬件技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了測(cè)量系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)按照功能劃分為四個(gè)模塊.:①紅外光源發(fā)射系統(tǒng)②光譜測(cè)聲模塊③ARM控制系統(tǒng)④數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本文最后搭建了以CO_2為目標(biāo)氣體,以中心波長(zhǎng)在4.36μm的MIR-LED為光源的OB-QEPAS系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度,并對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的光聲信號(hào)和濃度之間進(jìn)行了最小二乘法的線性擬合和數(shù)據(jù)處理。處理結(jié)果最后得到系統(tǒng)的檢測(cè)極限達(dá)到ppm量級(jí),相應(yīng)的歸一化噪聲等效吸收系數(shù)(NNEA)達(dá)到了 10-8量級(jí)。實(shí)驗(yàn)表明,基于LED光源的OB-QEPAS技術(shù)是一種精度高、可靠性好的痕量氣體檢測(cè)方案,為發(fā)展低成本、操作方便靈敏的痕量氣體檢測(cè)提供了一種新的技術(shù)手段。
【關(guān)鍵詞】：OB-QEPAS 共振管 LED光源 ARM 最小二乘法
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN312.8;O433.1
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 本文的研究背景及意義11-12
• 1.2 光聲光譜技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)15-17
• 第2章 光聲光譜檢測(cè)技術(shù)的理論17-30
• 2.1 氣體分子紅外吸收原理17-20
• 2.1.1 氣體分子紅外吸收光譜基礎(chǔ)17-18
• 2.1.2 吸收定律18-20
• 2.2 光聲效應(yīng)20-21
• 2.3 氣體光聲光譜檢測(cè)原理21-22
• 2.4 QEPAS技術(shù)22-29
• 2.4.1 QEPAS的基本原理22-23
• 2.4.2 石英音叉的基本特性23-26
• 2.4.3 QEPAS特性研究26-27
• 2.4.4 QEPAS特性測(cè)試電路及噪聲分析27-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 微型聲學(xué)共振管的理論及實(shí)驗(yàn)研究30-42
• 3.1 微型聲學(xué)共振管在QEPAS中的應(yīng)用30-31
• 3.1.1 共軸的共振管配置30-31
• 3.1.2 離軸的共振管配置31
• 3.2 離軸聲學(xué)共振管的優(yōu)化設(shè)計(jì)31-40
• 3.2.1 一維聲學(xué)共振管32-33
• 3.2.2 聲學(xué)阻抗33-34
• 3.2.3 聲學(xué)共振管共振頻率的確定34-36
• 3.2.4 末端修正36-37
• 3.2.5 聲學(xué)共振管在OB-QEPAS中的應(yīng)用37-40
• 3.3 共振管與石英音叉的距離特性40-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 基于LED光源的OB-QEPAS系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)42-53
• 4.1 紅外光源發(fā)射系統(tǒng)43-44
• 4.1.1 以MIR-LED作為單色光源43
• 4.1.2 光源驅(qū)動(dòng)電路43-44
• 4.2 光譜測(cè)聲模塊44-45
• 4.3 ARM控制系統(tǒng)45-48
• 4.3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)45-46
• 4.3.2 RS232接口設(shè)計(jì)46-47
• 4.3.3 液晶屏接口設(shè)計(jì)47-48
• 4.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)48-52
• 4.4.1 ADC寄存器49
• 4.4.2 ADC驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)49-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第5章 基于LED光源的OB-QEPAS系統(tǒng)在痕量氣體探測(cè)中的應(yīng)用53-63
• 5.1 紅外光源的選擇54-55
• 5.2 基于LED光源的OB-QEPAS系統(tǒng)對(duì)空氣中CO_2的探測(cè)55-58
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論58-62
• 5.3.1 最小二乘法標(biāo)定59-60
• 5.3.2 CO_2氣體濃度的最小二乘法標(biāo)定60-62
• 5.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-65
• 參考文獻(xiàn)65-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果72-73
• 致謝73

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