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基于光声光谱技术的多组分气体检测系统研究

李洪艳  
【摘要】: 气体检测技术的发展在大气环境污染监控、人类日常生活、航天技术、工业发展、研究生物组织生理过程,以及人类疾病诊断等领域都具有重要的现实意义。近年来,随着工业现代化的发展,环境变化日益复杂,而人民的环境健康意识也在不断提高。在这种情况下,传统的气体检测系统已不能满足要求,有待开发一种高灵敏度、高分辨率的新型实时气体检测系统。 本文在对当前各种气体检测方法进行分析比较的基础上,研究了一种基于光声光谱技术的多组分气体检测系统。 本文从气体分子红外光谱理论出发,论述了气体光声光谱检测原理,介绍了光声信号的产生过程,并推导出光声信号与气体浓度的关系式。 本文着重介绍了光声光谱气体检测系统的结构设计。详细阐述了系统核心部件—光声池的设计过程,对其结构设计、重要参数的确定进行了深入探讨。为实现多种气体的同时测量,选择宽谱带红外光源EMIRS200作为系统光源。其调制方式为脉冲调制,消除了机械斩波带来的强噪声干扰。系统信号处理部分以数字信号处理器DSP(TMS320F2812)为核心,完成了各接口电路的设计。微音器输出的光声信号由锁相放大器进行初步去噪、放大后,由TMS320F2812进行采样、处理。凭借DSP强大的运算能力及高效的执行能力,实现对气体浓度实时、可靠的在线检测。 本文提出了一种新型光声光谱气体检测技术—差模激发光声光谱(Differential Mode Excitation Photoacoustic Spectroscopy,DME-PAS)技术,消除了光源强度扰动、微音器电漂移等带来的影响。 本文最后对实验样机进行了测试。包括差模激发光声传感系统频率响应特性的测试以及系统重复性和稳定性等实验,从而验证了差模激发光声光谱技术用于多组分气体检测的可行性。


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