基于QEPAS的氨氣痕量氣體檢測方法研究.pdf

1、痕量NH3檢測對于大氣質量監(jiān)測、工業(yè)廢氣監(jiān)測和人類疾病預防等方面均發(fā)揮著積極作用。目前NH3檢測方法主要以傳統(tǒng)電化學法為主，然而電化學法檢測時間長且不能在線連續(xù)檢測，已經(jīng)不能滿足當前的檢測需求。隨后出現(xiàn)的吸收光譜技術具有精度高、速度快、可在線連續(xù)檢測等優(yōu)點，已成為痕量氣體檢測的重要手段，但存在設備復雜、體積大、容易受到背景噪音影響等缺點。針對以上問題，本文提出基于QEPAS（石英增強型光聲光譜技術）的氨氣檢測方法。該技術具有體積小、選擇

2、性好、響應速度快，對背景噪音免疫等特點，已成為氣體檢測領域的研究熱點。通過本課題的研究，對于痕量氣體檢測具有實踐指導意義。
　　本文首先闡述氣體紅外吸收理論和光聲信號激發(fā)原理，對氣體光聲效應進行詳細分析;通過與傳統(tǒng)光聲光譜技術對比，分析石英增強型光聲光譜技術利用石英音叉作為聲音能量積累器件和聲傳感器的可行性、原理及特點;針對石英音叉輸出壓電信號較弱的問題，提出基于波長調制技術和諧波檢測技術的檢測方法;針對不同種類氣體吸收峰存在重疊

3、這一問題，詳細分析近紅外波段內NH3吸收譜線，排除其他氣體干擾，最終選擇1531.65nm作為待檢測吸收譜線。
　　設計并搭建基于石英增強型光聲光譜技術的氣體檢測系統(tǒng);采用DFB激光器和激光控制器，實現(xiàn)激光波長調制;針對激光器輸出光束發(fā)散且不規(guī)則這一問題，提出激光濾波準直光路，有效改善激光束輪廓;為了增強光聲信號幅值，提出并設計微諧振器和密閉氣室;編寫基于LabVIEW平臺的信號生成、控制和采集程序，實現(xiàn)檢測過程自動化。
　

4、　本文測試石英音叉特性，并通過實驗確定最佳調制深度和調制系數(shù);選用1531.65nm DFB激光器作為光源，完成DFB激光器的溫度、電流調諧特性實驗;針對不同濃度NH3進行檢測，得到光聲信號幅值與氣體濃度的線性關系;為了提高光聲信號幅值，提出增強激光器輸出功率這一方法，通過實驗得到光聲信號幅值與激光器輸出功率的線性關系;為了提高檢測系統(tǒng)信噪比，提出氣室降壓檢測技術，通過降低氣室壓強來獲得較高的光聲信號幅值，改善系統(tǒng)信噪比;在不同壓強下對