基于PVDF压电膜片的光声探测器制备及应用

非共振光声红外气体检测系统因其结构简单,成本低和检测灵敏度高的特点,具有较好的应用前景。该文提出了以聚偏氟乙烯(PVDF)压电膜片为微压敏感元件的非共振光声探测器,利用ANSYS对压电膜片进行了有限元分析,设计制备了双膜片结构微压敏感元件,其中PVDF压电膜片厚度为20 μm,尺寸为10 mm×5 mm。设计了包含吸收腔和补偿腔的双腔室结构,并完成了光声探测器的封装。将光声探测器应用于非分光红外(NDIR)气体检测系统,探测器的输出信号与CO2气体浓度有较好的线性关系,最低理论检测浓度约为29×10-6。     

亥姆霍兹光声光谱多气体检测器设计和优化

光声光谱技术作为一种先进的光学检测技术,已成功应用于各种痕量气体检测场合。实现多气体的光声光谱检测,同时保证高的检测灵敏度是检测器设计的核心目标。针对测量需求设计,优化了一种基于亥姆霍兹共振的光声光谱多气体检测器,使用有限元分析方法对检测器进行了设计和仿真分析,对光声池的结构参数以及温度和压力特性进行了优化和分析。仿真结果表明:对光声池结构参数进行优化和对温度压力进行控制可以提高检测器检测灵敏度;采用光源IR-19时,激发腔38 mm9 mm,连接管5.9 mm10.2 mm和探测腔30 mm5.8 mm为光声光谱检测器的最优化参数。经实验验证,检测器对CO气体的检测精度达到5.08 ppm（1 ppm=10-6）。研究结果为痕量多气体的光声光谱检测提供了设计参考。     

基于泛频CO激光器的微量气体光声光谱仪

泛频(△v=2)CO激光器可以输出2．8～4μm的准连续可调激光，腔内单线最大激光振荡功率可达4W。将纵向共振光声池放入双能级跃迁CO激光器光学谐振腔内，构成了高灵敏度的光声光谱仪。利用该光谱仪对低浓度的甲烷(CH4)气体作了光声测量。由于气体吸收线与CO激光器谱线有较好的重合性，以及较强的腔内激光功率，该系统对CH4气体的极限检测灵敏度达到0．1ppb(10^-10)。     

介观压阻型微压力传感器设计

运用共振隧穿双势垒(DBRT)结构中的一种压阻效应原理一介现压阻效应,用GaAsdAIAs/InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器.并对介观压阻和普通压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理,可以提高压力传感器的灵敏度,为制造基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据.     

基于锤状沟槽型石英音叉的CO光声探测技术

针对传统商用标准石英音叉(QTF)具有振臂间距小和共振频率高等不足,该文面向气体检测领域的需求设计并制备了一款新型锤状沟槽型QTF,大气压下其共振频率为9.36 kHz,品质因数高达15 000。该QTF的振臂间距为1 mm,使发散角较大的中红外光束能够无阻碍地通过振臂中心。此外,该QTF振臂顶部设有锤状结构,振臂表面刻蚀有沟槽,能提升压电耦合效率,从而增强光声信号。结合石英增强光声光谱(QEPAS)技术开发了基于该新型音叉的高灵敏CO气体传感系统。测试结果表明,CO气体传感系统的最小检测限低至7×10^-9,归一化噪声等效吸收系数达到■。通过对大气CO的连续实时监测,验证了该传感系统的有效性和可靠性。     

基于可调谐CO2激光器的SF6差分光声检测研究

为了对电力场所SF₆气体浓度进行有效监测,采用光声光谱气体检测技术,基于波长可调谐CO₂激光器,设计了一套大气环境下的SF₆痕量气体检测系统,并提出一种差分光声光谱技术以提升光声系统的检测灵敏度。结果表明,所设计的SF₆气体检测光声系统的共振中心频率为1066Hz,品质因数为32.04,光声池常数为89.74Pa·m·W-1;利用单谱线光声法,在激光谱线10P12处检测SF₆气体的灵敏度为0.06×10-6（体积分数）;采用差分光声光谱气体技术后,在激光谱线10P12和10P16处3W强度调制光的照射下,光声系统的灵敏度提升到0.02×10-6（体积分数）。差分光声光谱技术能有效降低噪声影响,提升光声检测系统的灵敏度,具有一定的实用价值。     

激光检测乙烯浓度的光声光谱效应研究

为了解决生物医疗、石油化工行业微量乙烯浓度难以检测的问题,采用CO2激光击穿装有乙烯气体的光声池产生光声光谱效应,进行了微量乙烯浓度的检测,设计并优化了光声池尺寸,研究了激光谱线10P(16)和10P(18)与乙烯吸收系数、乙烯气体浓度与光声信号之间的关系。结果表明,光声光谱气体检测系统的共振中心频率为833Hz,品质因数为20.8,光声池常数为2323Pacm/W;当激光功率为3.6W时,在两种激光谱线的照射下,光声信号与乙烯气体体积分数之间均成良好的线性关系,其线性拟合优度分别为0.99744和0.99802,系统的最低检测浓度可达0.9nmol/L。实验结果与理论分析相吻合,验证了光声光谱效应对微量乙烯浓度的检测具有良好的应用价值。     

介观压阻型微压力传感器设计

运用共振隧穿双势垒（DBRT）结构中的一种压阻效应原理-介观压阻效应,用GaAs／AlAs／InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器。并对介观压阻和普通压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理,可以提高压力传感器的灵敏度,为制造基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据。     

共振多程激光光声检测技术

本文报导将 Herriott 多程反射室与高灵敏光声光谱术结合为一体的共振多程光声检测技术。用功率5W 的 CO_2激光器作光源,测量了 CO_2、C_2H_4、SF_6气体相对浓度与光声信号关系曲线、最低检测灵敏度可达0.06 ppb(6×10~(-11))。与一般单程非共振光声池比较,找们设计的光声池灵敏度可提高2～3个数量级。     

基于激光光声光谱超高灵敏度检测SF_6分解组分H_2S

H_2S是SF_6气体绝缘设备中放电故障诊断的特征组分之一;针对H_2S在红外波段吸收系数小,传统光学检测方法对H_2S检测灵敏度较低的问题,结合大功率光纤激光放大技术、共振式激光光声光谱技术、波长调制光谱技术和二次谐波检测技术,提出了一种基于光纤放大激光光声光谱的SF_6分解组分H_2S气体的超高灵敏度检测方法;采用近红外可调谐窄线宽分布反馈激光二极管级联高饱和输出功率掺饵光纤放大器作为光声激发光源,搭建具有超高灵敏度的激光光声光谱微量H_2S气体检测系统。结果表明:当测量时间为100s时,该系统对SF_6背景中H_2S气体的检测极限达到1.5×10~(-8)。