隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及社會(huì)進(jìn)步的需求,對(duì)電力系統(tǒng)變壓器油中溶解氣體檢測(cè)以及軍事上的有毒氣體檢測(cè)等應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)傳統(tǒng)的氣體檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求,快速即時(shí),小型高靈敏,微量多成份檢測(cè)成為氣體檢測(cè)系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。光聲光譜檢測(cè)技術(shù)（PAS）是一種傳統(tǒng)的高靈敏光學(xué)檢測(cè)技術(shù),該方法主要基于樣品的光聲效應(yīng)間接反映樣品特性,如樣品濃度以及成分組成。其系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度主要依賴(lài)于聲傳感器的自身的探測(cè)靈敏度和對(duì)系統(tǒng)主要噪聲的抑制能力。早期的光聲光譜系統(tǒng)主要是由膜片式麥克風(fēng)檢測(cè)光聲信號(hào),因此而帶來(lái)的電學(xué)噪聲和信號(hào)的非線性使系統(tǒng)整體檢測(cè)靈敏度受到一定的限制。近期有學(xué)者提出一種新型的光學(xué)懸臂梁麥克風(fēng),這種聲傳感器的應(yīng)用使光聲光譜檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度大幅提高,但懸臂梁麥克風(fēng)的抑噪能力卻很少有討論。基于此,我們提出一種基于差分式扭力梁結(jié)合亥姆霍茲光聲池的高靈敏光聲光譜檢測(cè)系統(tǒng)。本文主要工作與內(nèi)容將從以下部分進(jìn)行介紹:（1）首先深入研究與分析了光聲光譜檢測(cè)技術(shù)的理論部分,其中研究了光聲光譜檢測(cè)技術(shù)聲信號(hào)產(chǎn)生原理,以及傳統(tǒng)的Helmholtz光聲池和差分式扭力梁的基礎(chǔ)理論;（2）接著通過(guò)Comsol仿真軟件利用有限元的分析... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

光聲光譜檢測(cè)技術(shù)原理圖

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文6其中光聲池的信噪比（SNR）是其池體本身性能良好的一種體現(xiàn)，同樣也是系統(tǒng)信噪比重要的組成部分。池體的SNR可以通過(guò)高的調(diào)制頻率（在1kHz以上，可降低1/f噪聲帶來(lái)的影響）得到提高。但低頻噪聲帶來(lái)的影響卻不及光聲池本身帶來(lái)的本底噪聲，這是光聲池信噪比較低的一個(gè)重要原因。主要來(lái)源是由光窗以及腔體池壁的吸收帶來(lái)的相干噪聲，并且這種噪聲與光聲信號(hào)混合在一起并不容易將其分開(kāi)，這不僅限制了光聲池的信噪比，同時(shí)也限制了光聲光譜檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)靈敏度。為了降低窗口及池壁帶來(lái)的本底噪聲，各國(guó)學(xué)者紛紛都提出一些新的技術(shù)對(duì)光聲池進(jìn)行優(yōu)化。A.Miklós學(xué)者于1989提出一種無(wú)窗式的開(kāi)放式的光聲池[29]，這種結(jié)構(gòu)主要是為了抑制作為光聲光譜系統(tǒng)檢測(cè)最大的噪聲源之一的窗口噪聲。2008年StareckiT學(xué)者提出了一種無(wú)窗式的亥姆霍茲光聲池，如圖1-3（a）所示，為了消除窗口的吸收，使用如下圖這種方法，光源須從氣體進(jìn)出口通過(guò)且不能與池壁有所接觸，雖然抑制了部分噪聲，但是這種結(jié)構(gòu)對(duì)光源的準(zhǔn)直性提出較高的要求，并不容易實(shí)現(xiàn)[30]。為了抑制氣體流動(dòng)及窗口吸收帶來(lái)的噪聲，KapitanovVA與RouxelJ等學(xué)者提出一種雙管道差分式Helmholtz光聲池[31,32],如圖1-3（b）所示，這種光聲池針對(duì)于流動(dòng)氣體進(jìn)行檢測(cè)。國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者同樣通過(guò)有限元仿真分析與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)亥姆霍茲光聲池[33,34]，研究了幾何結(jié)構(gòu)與壓力溫度等環(huán)境因素對(duì)池體特征參數(shù)的影響，為設(shè)計(jì)更高靈敏的光聲池提供了重要的參考內(nèi)容。（a）（b）圖1-3光聲池類(lèi)型：（a）無(wú)窗式亥姆霍茲光聲池[30]；（b）差分式Helmholtz光聲池[32]。1.2.2.3聲傳感器的研究背景聲學(xué)傳感器的檢測(cè)靈敏度對(duì)光聲光譜檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)靈敏度起到至關(guān)重要的

第二章光聲光譜檢測(cè)技術(shù)原理及理論研究13光源調(diào)制為正弦波時(shí)，池內(nèi)的壓力變化p則可用“歸一聲模jp的傅里葉變換，則可表述為（2-10）：2222(1)()p(r,)iH(r,)+=（2-10）(,)()()jjjpr=Apr（2-11）式（2-11）可理解為當(dāng)對(duì)于某一角頻率，池內(nèi)的聲場(chǎng)p(r,)是由多種聲壓分布狀態(tài)的疊加。式中的()jprè為聲振動(dòng)的簡(jiǎn)正模式，它有光聲池的幾何結(jié)構(gòu)決定，它表示光聲池內(nèi)可以存在的駐波形式，其振幅()jA是與頻率有關(guān)。其中()jprè是下述波動(dòng)方程式（2-12）的解：(22/2)()0jj+pr=（2-12）當(dāng)求解不規(guī)則形狀的光聲池時(shí)，其簡(jiǎn)正模式()jpr要使用數(shù)值方法來(lái)解答，但是對(duì)于如圓柱形、球形光聲池規(guī)則形狀的光聲池時(shí)，()jprè可表述為十分簡(jiǎn)單的形式，因?yàn)槠渎暡ń孛娣植急容^規(guī)則，則聲波的聚集區(qū)和空缺區(qū)也是十分規(guī)則。所以大多數(shù)諧振腔都設(shè)計(jì)為方形，球形及圓柱形。一般方形光聲池的聲波衰減情況較其他兩種形狀的光聲池來(lái)說(shuō)比較嚴(yán)重，所以研究較少。然而球形光聲池的Q值通常很高，但是加工復(fù)雜，且駐波分布形式單調(diào)，因此應(yīng)用范圍較校而圓柱形光聲池是軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，可以與準(zhǔn)直光束進(jìn)行匹配，激發(fā)聲場(chǎng)也是軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)便于分析，且易于加工。圖2-1圓柱形光聲池的理論模型所以以圓柱形光聲池為例，通過(guò)求解其內(nèi)部的簡(jiǎn)正模式，來(lái)分析圓柱形光聲池的激發(fā)聲場(chǎng)分布情況，可為后續(xù)系統(tǒng)光聲池的設(shè)計(jì)提供部分理論基矗為此，構(gòu)建如下一個(gè)理論模型，假設(shè)圓柱形光聲池的長(zhǎng)為cL、截面半徑為cR，分結(jié)構(gòu)的理論


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