基于石英增强光声光谱的气体传感技术研究进展 被引量：16

1

作者 马欲飞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第16期23-34,共12页

基于石英增强光声光谱(quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy, QEPAS)的气体传感技术具有系统体积小、成本低、环境适应性强等优点,是目前一种重要的光谱式痕量气体检测方法.探测灵敏度是传感器系统的重要指标,关系到能否满足实... 基于石英增强光声光谱(quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy, QEPAS)的气体传感技术具有系统体积小、成本低、环境适应性强等优点,是目前一种重要的光谱式痕量气体检测方法.探测灵敏度是传感器系统的重要指标,关系到能否满足实际应用,因此,本文从提高QEPAS传感系统灵敏度的角度出发,总结了常见的技术手段,包括采用高功率激发光源增大激发强度、采用与分子基频/强吸收带相匹配的激光源来增大吸收强度、采用声波共振腔增大音叉处的声波强度、采用低共振频率石英音叉提高能量积累时间、采用多光程来增大光与气体的相互作用长度等方法,并对其优缺点分别进行了阐述.针对工程应用问题,本文主要讨论了全光纤化和传感系统小型化,并以载人航天领域的应用为例进行了例证.最后,对进一步提高QEPAS传感技术灵敏度的方法进行了展望. 展开更多

关键词 痕量气体检测 石英音叉 灵敏度 石英增强光声光谱

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基于脉冲石英增强光声光谱的中红外超高灵敏CO探测 被引量：13

2

作者 董磊 马维光 +2 位作者 张雷 尹王保 贾锁堂 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期287-291,共5页

发展了一种超高灵敏的CO痕量气体测量装置，该装置采用4．65nm脉冲式中红外外腔量子级联激光器作为激发光源，结合石英增强光声光谱技术，对2135～2225cm-1之间的CO基频振动光谱带R支进行连续光谱扫描。水被加入到被测气体中，以加快较... 发展了一种超高灵敏的CO痕量气体测量装置，该装置采用4．65nm脉冲式中红外外腔量子级联激光器作为激发光源，结合石英增强光声光谱技术，对2135～2225cm-1之间的CO基频振动光谱带R支进行连续光谱扫描。水被加入到被测气体中，以加快较慢的CO分子振动-平动弛豫率。在锁相放大器时间常数为3ms，激光器占空比和扫描速率为50％和18cm-1／s时，获得的最小探测极限为4．6×10^-8（体积分数），与之对应的归一化噪声等特吸忻桑麴为1．07×10—8cm-1W／√Hz． 展开更多

关键词 光谱学 超高灵敏CO测量 石英增强光声光谱 中红外量子级联激光器

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基于透镜-反射镜组合的石英音叉增强型光声光谱系统 被引量：9

3

作者 刘金鹏 孙柳雅 +2 位作者 牛明生 马丽丽 张景虎 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第20期153-160,共8页

为了提高石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)系统的探测灵敏度,本文提出了一种基于透镜-反射镜组合的离轴石英音叉增强光声光谱(LR-QEPAS)系统。该系统采用使激光束在共振管内往返四次的透镜-反射镜组合结构和谐波探测技术,在室温和一个大... 为了提高石英音叉增强型光声光谱(QEPAS)系统的探测灵敏度,本文提出了一种基于透镜-反射镜组合的离轴石英音叉增强光声光谱(LR-QEPAS)系统。该系统采用使激光束在共振管内往返四次的透镜-反射镜组合结构和谐波探测技术,在室温和一个大气压下对1392.58 nm处的水汽吸收线进行测量,优化了系统的调制深度,验证了离轴LR-QEPAS系统的性能随着激光在共振管内往返次数的增加而提高,并且在同样的实验条件下引入离轴QEPAS和双通QEPAS系统进行比较。最后利用Allan方差对系统的稳定性和探测灵敏度进行分析,得到了离轴LR-QEPAS系统在64 s积分时间内的最小检测极限为7.54×10^(-8),归一化噪声等效吸收(NNEA)系数为3.46×10^(-9) cm^(-1)·W·Hz^(-1/2)。实验结果表明,透镜-反射镜组合结构可以显著提高QEPAS系统的性能。 展开更多

关键词 光谱学 石英增强型光声光谱 透镜-反射镜组合 水汽

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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：7

4

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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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

5

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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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

6

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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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

7

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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基于中红外量子级联激光器和石英增强光声光谱的CO超高灵敏度检测研究 被引量：6

8

作者 马欲飞 何应 +3 位作者 于欣 于光 张静波 孙锐 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期61-66,共6页

采用石英增强光声光谱(QEPAS)技术对CO痕量气体展开检测研究.为了实现超高灵敏度探测,采用输出波长为4.6μm的新颖中红外高功率分布反馈量子级联激光器为光源,实现了对CO气体基频吸收带的激发与测量.在优化了调制深度、气体压强和提高... 采用石英增强光声光谱(QEPAS)技术对CO痕量气体展开检测研究.为了实现超高灵敏度探测,采用输出波长为4.6μm的新颖中红外高功率分布反馈量子级联激光器为光源,实现了对CO气体基频吸收带的激发与测量.在优化了调制深度、气体压强和提高了CO分子的振动-转动弛豫速率后,获得了1.95 ppbv的优异探测极限.在分析检测结果的过程中,讨论了能级寿命对信号强度的影响,并对QEPAS信号强度的表达式进行了修正. 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 量子级联激光器 能级寿命

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基于微型非共振腔的石英增强光声光谱用于氦气纯度分析的实验研究 被引量：5

9

作者 武红鹏 董磊 +7 位作者 郑华丹 刘研研 马维光 张雷 王五一 朱庆科 尹王保 贾锁堂 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期103-108,共6页

实验中设计了一种基于微型非共振腔的石英增强光声光谱痕量气体传感器,用来检测非纯氦气中的痕量氨气浓度.该传感器采用的微型非共振腔只在空间上限制声波扩散以达到增强信号目的,而不是像传统微型共振腔一样依靠共振效应.如此的设计使... 实验中设计了一种基于微型非共振腔的石英增强光声光谱痕量气体传感器,用来检测非纯氦气中的痕量氨气浓度.该传感器采用的微型非共振腔只在空间上限制声波扩散以达到增强信号目的,而不是像传统微型共振腔一样依靠共振效应.如此的设计使探测小分子无机气体的光谱测声器尺寸远远小于共振腔的配置而有利于准直.不同气压下的信号和噪声也被研究,用来优化传感器性能.在这种配置下和27.7kPa的最优气压下,获得的最佳氨气探测灵敏度为463ppb(1σ,1s积分时间),相应的归一化噪声等效吸收系数为4.3×10^(-9)cm^(-1)W/(Hz)1/2. 展开更多

关键词 气体传感器 石英增强光声光谱 音叉式石英晶振 类氢气体纯度分析

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共轴式谐振管对QEPAS增益性能影响

10

作者 何林峰 刘炜壕 +3 位作者 黄逸飞 段李福 叶玮琳 郑传涛 《光学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期404-411,共8页

为提高探测性能,可通过在石英音叉周围设计声学谐振管以增强光声信号。然而,不同形状、尺寸和结构的谐振管会对音叉谐振信号产生不同程度的增强效果。旨在探究谐振管参数对石英增强光声光谱(QEPAS)探测性能的影响,通过理论建模和COMSOL ... 为提高探测性能,可通过在石英音叉周围设计声学谐振管以增强光声信号。然而,不同形状、尺寸和结构的谐振管会对音叉谐振信号产生不同程度的增强效果。旨在探究谐振管参数对石英增强光声光谱(QEPAS)探测性能的影响,通过理论建模和COMSOL Multiphysics软件仿真,研究不同参数下共轴对称和非对称结构谐振管对系统的增益性能,并进行多组对照实验。仿真及实验结果均表明,在共轴对称结构谐振管系统中,随着谐振管内径的减小,对应的最佳长度增加,相对于裸音叉系统可获得更显著的增益效果。在相同内径的谐振管条件下,相较于非对称结构,对称结构显示出更优的增益性能。仿真及实验获得的谐振管最优参数:内径为0.5 mm、长度为5.04 mm,将该谐振管作用于QEPAS探测系统,相较于裸音叉系统,该系统增益性能提高了15倍。采用该系统对体积分数为5×10^(-3)的甲烷标准气体进行长时间测量,结果显示当积分时间为72 s时,系统的探测下限为2.07×10^(-6)。 展开更多

关键词 光谱学 光声光谱技术 石英增强光声光谱 谐振增强 优化设计

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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

11

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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全光型石英增强光声光谱 被引量：4

12

作者 刘研研 董磊 +5 位作者 武红鹏 郑华丹 马维光 张雷 尹王保 贾锁堂 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第22期77-81,共5页

设计并演示了一种全光型石英增强光声光谱技术,该技术在传统的石英增强光声光谱系统中增加了另一束探测光束,把与气体浓度成正比的石英晶振振臂的振动幅值转化为探测光束的强度变化,实现了探测气体处无电子元件的全光学系统.如此的设计... 设计并演示了一种全光型石英增强光声光谱技术,该技术在传统的石英增强光声光谱系统中增加了另一束探测光束,把与气体浓度成正比的石英晶振振臂的振动幅值转化为探测光束的强度变化,实现了探测气体处无电子元件的全光学系统.如此的设计使该系统具有较强的抗电磁干扰能力和非常小的传感头体积,能够用于探测空间受限或探测环境恶劣的情况下,并实现远距离探测.在这种配置下,探测大气压下的水汽,获得的噪声等效吸收系数为1.13×10 6cm 1W/√Hz.进一步讨论了优化系统和提升其探测灵敏度的途径. 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 音叉式石英晶振 气体传感

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光纤倏逝波型石英增强光声光谱技术 被引量：4

13

作者 何应 马欲飞 +2 位作者 佟瑶 彭振芳 于欣 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期69-75,共7页

采用块状光学准直聚焦透镜组的传统石英增强光声光谱(QEPAS)技术存在体积难以缩减,结构稳定性不佳,无法适应空间狭小、振动复杂的特殊环境等缺点.基于此,将光纤倏逝波技术与QEPAS技术相结合,提出了一种新型微纳结构光纤QEPAS痕量气体检... 采用块状光学准直聚焦透镜组的传统石英增强光声光谱(QEPAS)技术存在体积难以缩减,结构稳定性不佳,无法适应空间狭小、振动复杂的特殊环境等缺点.基于此,将光纤倏逝波技术与QEPAS技术相结合,提出了一种新型微纳结构光纤QEPAS痕量气体检测技术.实验中,为了提高QEPAS系统信号幅值,优化了石英音叉与激光束的空间位置、激光波长调制深度,同时对比了两种不同共振频率的石英音叉,最终采用共振频率较低的30.720 kHz石英音叉作为声波探测元件,获得的检测极限为6.25×10^(-4)(体积分数),归一化噪声等效吸收系数为4.18×10^(-7)cm^(-1).W·Hz^(-1/2). 展开更多

关键词 痕量气体检测 石英增强光声光谱 光纤倏逝波

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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

14

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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双光程离轴痕量气体传感器的研究 被引量：2

15

作者 林成 《内江师范学院学报》 CAS 2023年第8期55-60,共6页

作为传统激光光声光谱的改进和演变,石英增强光谱(QEPAS)具有探测灵敏度高、噪声免疫强、体积小和价格低等特点.本文设计了一种用于乙炔痕量气体检测的双光程离轴石英增强光声光谱系统,利用直角三棱镜将激发光束穿过两个声微共振管,采... 作为传统激光光声光谱的改进和演变,石英增强光谱(QEPAS)具有探测灵敏度高、噪声免疫强、体积小和价格低等特点.本文设计了一种用于乙炔痕量气体检测的双光程离轴石英增强光声光谱系统,利用直角三棱镜将激发光束穿过两个声微共振管,采用正交相位点自稳定光纤法珀干涉仪作为音叉振动解调单元,结合波长调制和二次谐波解调技术,实现了光声信号、信噪比和系统稳定性的大幅提高;进一步优化了微共振管的空间位置、微共振管结构等传感系统的最优参数,得到系统的最小探测灵敏度为1.99 mg·m^(-3),对应的归一化噪声等效系数为7.6×10^(-8)cm^(-1)·W·Hz^(-1/2);在116~5812 mg·m^(-3)范围内,光声信号与乙炔浓度具有良好的线性关系,其线性度为0.998. 展开更多

关键词 痕量气体检测 石英增强光声光谱 双光程 光纤法珀干涉仪

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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：1

16

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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石英增强光声光谱在氢气纯度分析中的应用 被引量：2

17

作者 董磊 武红鹏 +4 位作者 张翔 马维光 张雷 尹王保 贾锁堂 《大气与环境光学学报》 CAS 2012年第6期421-426,共6页

设计了一种基于石英增强光声光谱技术的痕量气体传感器,用来检测非纯氢气中的痕量甲烷浓度。传感器被配置了一个微型谐振腔,能够在空间上对声波进行限制,用以增强信号幅值。在这种配置和27 kPa的最优气压下,获得的甲烷探测灵敏度为3.2 p... 设计了一种基于石英增强光声光谱技术的痕量气体传感器,用来检测非纯氢气中的痕量甲烷浓度。传感器被配置了一个微型谐振腔,能够在空间上对声波进行限制,用以增强信号幅值。在这种配置和27 kPa的最优气压下,获得的甲烷探测灵敏度为3.2 ppm(1 s平均时间),相应的归一化噪声等效吸收系数(1σ)为2.45×10^(-8)cm^(-1)W/Hz^(1/2)。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 气体传感器 氢气纯度分析 音叉式石英晶振

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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

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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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音叉式石英晶振共振频率对QEPAS传感器性能影响的研究 被引量：1

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作者 李彪 董磊 武红鹏 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3056-3060,共5页

以标准商用石英音叉(QTF)为测声模块的石英增强光声光谱(QEPAS)技术是近年来发展迅速的一种痕量气体检测技术。标准商用QTF拥有的小体积,高Q值,高共振频率的特性使QEPAS技术具有结构紧凑且对环境噪声免疫的特性。但传统商用QTF狭窄的振... 以标准商用石英音叉(QTF)为测声模块的石英增强光声光谱(QEPAS)技术是近年来发展迅速的一种痕量气体检测技术。标准商用QTF拥有的小体积,高Q值,高共振频率的特性使QEPAS技术具有结构紧凑且对环境噪声免疫的特性。但传统商用QTF狭窄的振臂间距以及较高的共振频率,使其无法在光源光束质量较差或被测气体弛豫率较低的情况下被很好的应用于QEPAS系统。为克服上述难题,非标准商用QTF(f0≠32.7kHz)被设计制作并越来越多的被装配于QEPAS系统中。因此,QTF共振频率对QEPAS系统信噪比的影响需要被详细研究。以水汽为目标气体,采用二次谐波调制解调技术研究了QTF共振频率对基于QEPAS技术传感器性能的影响。实验结果表明,QTF共振频率的变化对QEPAS系统的输出信号及噪声均有显著影响且QTF共振频率与QEPAS系统信噪比之间存在反比关系。上述结论对QEPAS系统中非标准QTF的设计及使用均具有重要的指导价值,对该类传感器的研发及应用意义重大。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 石英音叉 光学气体传感器 痕量气体检测

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石英增强光声光谱技术研究进展 被引量：1

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作者 尹旭坤 董磊 +3 位作者 马维光 张雷 尹王保 贾锁堂 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2015年第3期197-204,共8页

石英增强光声光谱技术(QEPAS)在2002年由Kosterev首次提出,在短短十几年中,这种技术已经被应用在众多领域中,并取得了很多突破性进展。介绍了石英增强光声光谱传感器近期在技术改进及结构设计等方面的最新发展与动态,以期对相关领域的... 石英增强光声光谱技术(QEPAS)在2002年由Kosterev首次提出,在短短十几年中,这种技术已经被应用在众多领域中,并取得了很多突破性进展。介绍了石英增强光声光谱传感器近期在技术改进及结构设计等方面的最新发展与动态,以期对相关领域的研究者提供参考。 展开更多

关键词 石英增强光声光谱 气体传感器 音叉式石英晶振

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