基于激光二级管和光声法检测甲烷气体研究

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1页摘要甲烷检测技术在环境检测、矿井安全和天然气输送等领域具有重大的应用价值与现实意义。光声法检测在气体浓度检测上具有系统稳定、灵敏度高、选择性好、信噪比高、动态范围大等优点。本文在分析现有气体浓度检测方法优缺点的基础上，深入探讨了以激光二极管为光源、应用光声光谱原理检测甲烷气体浓度的技术。详细介绍了基于激光二极管的光声甲烷检测系统的整体设计。分析选择了波长为1654nm的激光二极管和频率可调范围为1K到3000KHz的MCl000A型号的机械斩波器。设计制作了光声腔和甲烷配气系统，采用了锁相放大技术提高检

2、测微弱信号的灵敏度。重点研究了纵向共振光声腔的设计，包括了光声腔的进气口、出气口的设计、麦克风的安装设计、消声腔设计结构等。实际制作了光声腔，测得该光声腔在一定条件下的共振频率为1390Hz，品质因子为10．69。实测了激光二极管温度、电流调制对光声信号的影响，讨论了外界压力和温度对甲烷吸收谱线和信号的影响；研究了不同浓度甲烷气体对光声腔共振频率的影响：测量和分析系统的饱和特性和系统的稳定性。最后根据测量低浓度下的光声信号，获得系统灵敏度为10—30ppm。关键词：激光二极管光声检测甲烷光声腔西南科技大学硕士研究生学位论文第lf页Abst

3、ractTechniquesofmethanedetectionplaysanimportantroleinenvironmentmonitoring，minesecurityandnaturalgastransportation．PhotoacousticSpectroscopy(PAS)isadvantageousinlong—termstability,highsensitivity,goodselectivity,highsignal—to-noiseratio(S／N)andabroaddynamicrange．Thisarti

4、clepresentsamethanedetectorbasedonPASandDiodeLaser(LD)．Designofphotoacousticsystemondetectingmethanebylaserdiodeiscoveredindetail．Adiodelaseratwavelengthof1654nmandachopperwithamodulatedfrequencyfrom1Kto3000Karechoseninconstructingthesystem．AresonantPAcellandapparatusmixi

5、ngmethaneindifferentconcentrationaredesignedandmade．Lock—inamplifierisusedtoimprovethesensitivityoftheweaksignal．．DesignofresonantPAScell，includingthepositionofitsinlet，outlet，fittingofthemicrophone，structureofitsbuffervolumes，ismainlydiscussedandconstructed．Measurementss

6、howthatthecellhasaresonancefrequencyof1390Hzandaqualityfactorof10．69insomeconditions．．Theeffectoftemperature，pressure，differentconcentration，LDtemperaturemodulationandLDcurrentmodulationareanalyzedandmeasureforexperiments．Saturationandstabilityareconstrued．Sensitivityofme

7、thanedetectioninthelOWconcentratiOnswasfoundtobe10·30ppm．Keywords：LaserDiode；PhotoacousticDetection；Methane；PASCell独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下，进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表

8、示了谢意。签名：日期：叼∞a关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅：学校可以公布该论文的全部或部