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。     

变压器油中溶解一氧化碳气体的光纤传感技术

为了满足变压器中绝缘纸板因过热或者放电故障产生的一氧化碳气体的在线监测需求, 提出了一种基于光纤光声传感的油中溶解一氧化碳气体检测技术。采用光声光谱气体检测技术、并结合光纤传感和膜分离技术, 设计了集成油气分离和气体检测功能于一体的光纤光声传感探头, 油中溶解的一氧化碳气体通过油气分离膜进入到光纤探头中的微型气腔; 采用两根光纤将探头连接到解调仪器, 分别传输近红外激发光和探测光; 气体吸收光能产生的光声信号被光纤法布里-珀罗传感器探测, 并被设计的光纤光声解调模块进行信号处理, 获得系统对一氧化碳气体体积分数的检测灵敏度为0.345pm/10-6。结果表明, 所设计的光纤传感系统对油中溶解一氧化碳气体体积分数检出限达到5×10-6。该研究具有精度高、抗电磁干扰、脱气简单的优势, 为变压器油中溶解一氧化碳气体的检测提供了新方法。     

C2H4,NH3及C3H6的脉冲激光光声谱

本文用光声法检测了9.2～10.8μm波长范围内C_2H_4、NH_3及C_3H_6分子对CO_2激光的吸收特性,获得了这三种气体分子的单脉冲激光光声光谱,测量了光声信号随实验参量(样品气压、激光能量)的变化关系,用光声法获得了样品气体中的声速及各种气体分子的V-T驰豫时间。     

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。     

基于光声光谱法的光纤气体传感器研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号 ,讨论了光纤中光波的相位变化与光声信号的关系。设计了光学长程结构 ,有效增加了对光功率的吸收。用染料激光器作光源对SO2气体浓度进行测量。实验表明 ,最低检测灵敏度可达 1 2× 10 -10 。由于采用光谱技术与光纤技术相结合 ,使研制的传感器具有较高的灵敏度 ,信号的传输通道具有强的抗电磁干扰及防燃防爆能力。气体探头体积小 ,响应速度较快。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求     

变压器油溶解气的激光光声光谱分析

变压器油中溶解气分析能够预防变压器故障的发生。激光光声光谱检测技术具有灵敏度高、抗干扰能力强等优点,用于变压器油中溶解气分析的前景广阔。本文利用激光光声光谱检测系统,分别对C2H2、CO2及C2H2/CO2混合气体进行了检测,单一气体的检测极限灵敏度分别达到了12 ppb和36 ppm。通过自制高压脉冲发生器模拟变压器放电故障,并利用顶空油气分离装置,对变压器放电故障的特征气体C2H2的产气量进行了测量。     

新型光声腔的设计及实验分析

光声腔的性能是决定基于光声光谱学的微量气体检测系统灵敏度的重要因素之一,光声腔的设计是建立光声光谱气体检测系统的关键环节。基于光声光谱技术及声学理论设计了一种长度可调的一阶纵向反馈谐振式光声腔,通过实际测量的方法直接得到谐振频率,有效避免了重复计算过程和制造过程中产生的误差,使测量更便捷,提高了系统检测灵敏度。建立了光声光谱气体检测系统,实验分析了谐振腔长度、光声腔长度以及光源功率对光声信号的影响,并测得系统信噪比为39.5,检测灵敏度为2.78×10-6。     

小型化光声光谱气体传感器研究进展

光声光谱技术用于探测痕量气体的浓度,小型化集成的光声光谱气体传感器利于实现便携式在线检测。光声探测作为光声光谱的关键技术决定了系统的灵敏度和体积,小型化的光声探测系统的核心是微型吸收单元和声光谐振器。总结了近年来光声光谱气体传感器在小型化与集成方面的进展,分析并比较三种光源、微型吸收单元以及小型化声光谐振器的研制进展以及各自利弊。介绍了北京航天控制仪器研究所近年的研究成果,采用共振管增强的石英音叉作为紧凑型封装的声光测量器件,通过铥钬共掺的光纤放大器实现波长为2 mm,功率为200 m W的激光输出,提高了测量精度,实现对氨气和二氧化碳的同时测量。     

大气污染物SO2的光声探测

以波长为266nm的激光为激发光源,采用脉冲光声光谱技术,用自制的光声探测装置对SO2分子的光声吸收特性进行了实验研究,获得了室温、665Pa气压的实验条件下声音在SO2气体中的传播速度.通过测量光声信号随实验条件的变化发现,光声信号强度随激光能量的增加而增大,随缓冲气体压强升高而增大,缓冲气压增加到约2.66×104Pa时出现饱和现象.在标准大气压情况下,测量了痕量SO2气体的浓度,采用这套光声探测装置,SO2气体探测灵敏度可以达到9.1×10-6.     

激光浓缩硫同位素

1975年R.V.Ambartzumian和V.S.Letokhov等用调频的高功率脉冲TEACO_2激光辐照SF_6气体,获得了~(34)SF_6的同位素浓缩,浓缩因子高达2800.以后美国德国和我国用相似的方法均获得了~(34)SF_6的同位素浓缩.我们用聚焦的脉冲TEACO_2激光器辐照SF_6+H_2混合物.也取得了~(34)SF_6的同位素浓缩,浓缩因子高达386.同时还研究了激光脉冲次数、气体压力和透镜焦距对浓缩因子的影响.     

基于可调谐掺铒光纤激光器和掺铒光纤放大器的光声光谱气体分析仪

光声光谱技术用于检测低浓度乙炔气体具有灵敏度高、连续和快速实时在线测量的特点.采用近红外可调谐掺铒光纤激光器(TEDFL)串接大功率掺铒光纤放大器(EDFA)作光源,采用一阶纵向共振式双程吸收光声池,并运用波长调制和二次谐波榆测技术,研制出一种新的高灵敏度微量气体近红外光声光谱分析仪.在常温常压下对低浓度乙炔气体的实验测量结果表明,该系统的极限检测灵敏度达到1.3×10-9,其线性响应相关度达到0.99957,能够满足工业、环境监测和电力系统等对乙炔检测和分析的需要.     

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。     

红外多光子分解SF_6分离硫同位素的实验研究

本文报导了用能量1—1.5J,脉冲半宽度100—200nsTEA CO_2激光照射SF_6,实现红外多光子分解,分离硫同位素。全文共有七项结果:(1)0.20托SF_6,加入不同比例的H_2,照射相同数目(800个)激光脉冲,观察分离系数α值的变化。当H_2的分压为0时,α值为17;而当H_2的分压增加到1.80时,α下降到3。(2)自由基和分解后产物的复合反应对分离有较大的影响,由反应器材质(黄铜、玻璃)不同,得到间接验证。(3)分离系数α与照射的激光脉冲次数S间的关系。在有限的脉冲数范围内,α随S的增加指数地增加,增加率是SF_6压力的函数。(4)分离系数α与SF_6压力P间的关系。纯SF_6情况下,α随压力增加而迅速减小,减小率是脉冲数的函数;在SF_6/H_2=1/5的情况下,α值随压力增加而指数地下降。(5)平均分解产额与SF_6压力间的关系,存在一极大值。在本实验条件下,压力为1.60托左右时,分解产额最大。(6)不同缓冲气体对分离的影响与缓冲气体对SF_6分子振动能量弛豫时间的影响趋势相一致。(7)激光照射SF_6分子时分析可能的分解反应渠道。对激光照射后进行剩余气体成份的分析,发现有大量     

基于分布反馈激光器双波长调制的微量气体测量方法北大核心CSCD

在光声光谱测量中,常用光学斩波器对光源输出信号进行频率调制,但光学斩波器的使用会不可避免地增加系统噪声及系统成本。基于分布反馈激光器的可调谐特性,提出激光器双波长调制方法。利用光声光谱实验平台,结合光学斩波器调制激光系统进行检测甲烷气体灵敏度的实验。结果表明,光学斩波器对甲烷气体的检测灵敏度为52.3×10-6,而双波长调制激光系统的检测灵敏度可达40.2×10-6,该调制方法避免了光学斩波器的使用,减小了系统噪声,提高了系统灵敏度。     

激光光声光谱法检测磷化氢气体浓度的研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号。用CO_2激光器作光源对磷化氢(PH_3)气体浓度进行测量。实验表明,最低检测灵敏度可达1.2×10~(-10)。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求。     

二氧化碳激光光声光谱仪及其在国防军事上的应用

本文介绍了二氧化碳激光光声光谱技术的特点、原理、装置以及在国防军事上的应用。如:利用二氧化碳激光光声光谱技术在激光分离铀同位素中的应用;在火箭燃料检测方面的应用;对各种爆炸气体检测的应用以及在毒剂检测方面的应用。最后,展望了该技术的发展前景。     

一种二次镀银光纤光栅气敏传感器

为了更加有效地实时检测井下硫化氢(H₂S)气体,提出一种在光纤Bragg光栅(FBG)上二次 涂镀银(Ag)膜的光纤气敏传感器。一方面,采用二次镀Ag的制备方法增加Ag膜的均匀性,提 高气敏元件的灵敏度;另一方面,采用特殊的油气分离、流线型设计,保证了H₂S气体与 气敏元件的有效接触,实 现井下低浓度气体的实时检测。根据实验,当镀Ag的FBG气敏元件置于H₂S气体中时,传入 光 纤的倏逝波能量减小,反射光谱的峰值功率下降2.0dBm。     

激光光声装置的建立及其对某些气体的分析

固体样品的光声效应于1880年为Bell首先发现。接着Tyndall和Bontgen发现了气体样品的光声效应。但长期以来由于缺少高强度的单色光源和灵敏度较高的微音器等电子器件,光声效应的应用仅限于气体分析。近来随着激光技术、电子技术和光谱技术的发展,光声效应的应用已成为一种较先进的光谱技术——光声光谱。     

基于组合激光光源的双组分微量气体检测系统

CH₄和C₂H₂是变压器发生故障时两种重要的特征气体。为了实现对变压器中溶解的微量CH₄和C₂H₂气体含量检测的需求, 采用激光光声光谱气体检测技术, 通过分析CH₄和C₂H₂气体的近红外吸收谱线, 选取合适的激光光源并确定激光调制参数; 设计并搭建了一套以双激光光源和非共振光声池为核心的光声光谱微量CH₄和C₂H₂气体检测系统, 获得了系统对CH₄和C₂H₂气体检测灵敏度和低含量检测误差。结果表明, CH₄和C₂H₂气体分别在体积分数为0~1000×10-6和0~500×10-6的范围内具有良好的线性响应, 每10-6体积分数的检测响应度分别为5.8969μV和16.1831μV; 在低含量CH₄/C₂H₂混合气体对系统的重复性和精度测试中, CH₄气体体积分数为3.00×10-6时的检测最大绝对误差为0.30×10-6, C₂H₂气体体积分数为0.50×10-6时的检测最大绝对误差为0.20×10-6。此研究结果满足测量误差的技术指标要求, 实现了对微量CH₄和C₂H₂气体的高灵敏度检测。     

光声光谱仪微弱信号检测电路的低噪声设计

光声光谱技术在变电站SF6气体分解产物,医疗诊断等场合的微量气体检测方面有着高灵敏度的特点。根据低噪声电子设计理论,设计了基于光声光谱探测技术的低噪声检测电路;从整个系统的角度出发,通过噪声模型对系统噪声和信噪比进行计算,对电路进行分析并使用集成运算放大器设计前置放大电路和信号调理电路。实验测试结果表明,该检测电路可稳定的将光谱仪的光声信号转换为电信号,电路信噪比高,可靠性高且稳定性高。