- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

工业园区有毒有害气体排放具有种类繁多、成分复杂、分布广泛等特点, 建立多组分、高精度气体监测技术体系是污染防控的基础. 黑体光谱辐射范围广, 可有效地降低吸收谱线相互干扰可能性, 是多组分气体同时检测的首选光源. 但其单波长能量低且稳定性欠佳导致难以实现高精度气体探测. 鉴于此, 本文提出光学增程和声学谐振双重增强模式联用, 设计了一种可用于多组分气体同时高精度检测光声光谱传感器. 应用两个相同T型增强光声池, 构建了双光路增强型差分光学/光声检测模式, 实验证明了差分光声模式具有更强的噪声抑制能力, 可于同波段强吸收背景下提取出微弱痕量目标气体吸收信息, 且双光路增强型信号较单光路模式提高了1.91倍. 进行多组分气体同时检测性能研究, 常温常压下CO ₂, C ₂H ₂和NH ₃检测精度的体积分数分别为7.25 × 10 ^–7, 1.84 × 10 ^–6和1.43 × 10 ^–6, 比单光路光声模式提高了1个数量级. 对体积分数为0—3 × 10 ^–3的三种气体样品进行测试, 光声信号线性度高于0.995. 广谱双光路T型增强差分光声光谱技术补偿了黑体广谱检测方法灵敏度低的缺陷, 具有灵敏度高、选择性好、背景噪声抑制能力强的优势, 可为建立工业园区多组分毒害气体的高精度监测技术提供支持, 助力于我国“碳中和碳达峰”宏伟任务.

关键词:

Abstract

The determination of toxic or harmful gases in industrial parks is a challenge to monitoring exhaust contaminants due to the features of complex compositions and ubiquity. Blackbody sources play an important role in simultaneously detecting the multiple gas species in the presence of cross-interfering absorption lines due to their effective ultra-wide wavelength range. Nevertheless, the problem of lower intensity per wavelength and less stability persists as an obstacle for highly sensitive trace gas detection. In this study, a dual optical path (DOP) enhanced differential photoacoustic and spectral detection mode is developed for simultaneously detecting the multiple toxic or harmful gas through augmenting the weak effective absorption signals and suppressing the spurious coherent background noise. Two identical T-type photoacoustic resonators are introduced to enable the differential mode. Neverthelss, the pure optical approach cannot distinguish the absorption characteristics of acetylene (C ₂H ₂) with volume fraction 5 × 10 ^–5even with the DOP enhancement, whereas emerging peaks in the differential photoacoustic (PA) mode reveal the capability of PA spectroscopy to suppress coherent noise. The results demonstrate that the differential PA signal is improved by 1.91 times that obtained by the DOP design. Methane (NH ₃), acetylene (C ₂H ₂) and carbon dioxide (CO ₂) are used to verify the performance of this DOP enhanced differential PA gas sensor, and the volume fraction of the sensitivity is found to be 7.25 × 10 ^–7for CO ₂, 1.84 × 10 ^–6for C ₂H ₂, and 1.43 × 10 ^–6for NH ₃at standard temperature and pressure, which is an order of magnitude higher than the original single mode PA value. Linear PA amplitude responses ranging from 0 to 3 × 10 ^–3in volume fraction with respect to the three target gases are observed, and the correction coefficients are all greater than 0.995. The DOP enhanced differential PA detection mode compensates for the weakness of the limited sensitivity associated with broadband spectroscopic methods based on blackbody radiator. Thus, the broadband DOP enhanced differential photoacoustic modality is demonstrated to be an effective approach to simultaneous, highly sensitive and selective detection of multiple trace gases.

Keywords:

dual optical path enhanced differential mode/
photoacoustic spectroscopy/
toxic or harmful gas/
multiple trace gas detection

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:陈柏松,chenbaisong@xidian.edu.cn; 宦惠庭,hthuan@xidian.edu.cn;

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 62175194, 61805187, 61801358)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Chen Bai-Song,chenbaisong@xidian.edu.cn; Huan Hui-Ting,hthuan@xidian.edu.cn;

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 62175194, 61805187, 61801358).

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

下载: 全尺寸图片幻灯片

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]

[1]	王雪冰, 唐春梅, 谢梓涵, 俞瑞, 严杰, 蒋承乐.Mo掺杂二维VS₂吸附有毒气体的理论研究. 必威体育下载 , 2024, 73(1): 013101.doi:10.7498/aps.73.20231236
[2]	王钰豪, 刘建国, 徐亮, 成潇潇, 邓亚颂, 沈先春, 孙永丰, 徐寒杨.傅里叶红外光谱气体检测限的定性分析. 必威体育下载 , 2022, 71(9): 093201.doi:10.7498/aps.71.20212366
[3]	马欲飞.基于石英增强光声光谱的气体传感技术研究进展. 必威体育下载 , 2021, 70(16): 160702.doi:10.7498/aps.70.20210685
[4]	尹旭坤, 董磊, 武红鹏, 刘丽娴, 邵晓鹏.面向SF₆气体绝缘设备故障检测的光声CO气体传感器设计和优化. 必威体育下载 , 2021, 70(17): 170701.doi:10.7498/aps.70.20210532
[5]	靳华伟, 胡仁志, 谢品华, 陈浩, 李治艳, 王凤阳, 王怡慧, 林川.适用于ppb量级NO₂检测的低功率蓝光二极管光声技术研究. 必威体育下载 , 2019, 68(7): 070703.doi:10.7498/aps.68.20182262
[6]	程刚, 曹渊, 刘锟, 曹亚南, 陈家金, 高晓明.光声光谱检测装置中光声池的数值计算及优化. 必威体育下载 , 2019, 68(7): 074202.doi:10.7498/aps.68.20182084
[7]	张伟鹏, 杨宏雷, 陈馨怡, 尉昊赟, 李岩.光频链接的双光梳气体吸收光谱测量. 必威体育下载 , 2018, 67(9): 090701.doi:10.7498/aps.67.20180150
[8]	周彧, 曹渊, 朱公栋, 刘锟, 谈图, 王利军, 高晓明.基于7.6 m量子级联激光的光声光谱探测N2O气体. 必威体育下载 , 2018, 67(8): 084201.doi:10.7498/aps.67.20172696
[9]	苗银萍, 靳伟, 杨帆, 林粤川, 谭艳珍, 何海律.光纤光热干涉气体检测技术研究进展. 必威体育下载 , 2017, 66(7): 074212.doi:10.7498/aps.66.074212
[10]	林莹莹, 李葵英, 单青松, 尹华, 朱瑞苹.ZnSe/ZnS/L-Cys核壳结构量子点光声与表面光伏特性. 必威体育下载 , 2016, 65(3): 038101.doi:10.7498/aps.65.038101
[11]	张锐, 赵学玒, 赵迎, 王喆, 汪曣.激光器特性在痕量气体检测中的影响. 必威体育下载 , 2014, 63(14): 140701.doi:10.7498/aps.63.140701
[12]	刘研研, 董磊, 武红鹏, 郑华丹, 马维光, 张雷, 尹王保, 贾锁堂.全光型石英增强光声光谱. 必威体育下载 , 2013, 62(22): 220701.doi:10.7498/aps.62.220701
[13]	余荣, 江月松, 余兰, 欧军.利用散射光增强弱吸收固体混合物中主要光吸收物质的光声光谱特征. 必威体育下载 , 2013, 62(8): 087802.doi:10.7498/aps.62.087802
[14]	许雪梅, 戴鹏, 杨兵初, 尹林子, 曹建, 丁一鹏, 曹粲.光声池中微弱光声信号检测. 必威体育下载 , 2013, 62(20): 204303.doi:10.7498/aps.62.204303
[15]	许雪梅, 李奔荣, 杨兵初, 蒋礼, 尹林子, 丁一鹏, 曹粲.基于光声光谱技术的NO,NO2气体分析仪研究. 必威体育下载 , 2013, 62(20): 200704.doi:10.7498/aps.62.200704
[16]	孙友文, 刘文清, 汪世美, 黄书华, 曾议, 谢品华, 陈军, 王亚萍, 司福祺.单组分双分析通道红外气体检测方法研究. 必威体育下载 , 2012, 61(14): 140704.doi:10.7498/aps.61.140704
[17]	汤媛媛, 刘文清, 阚瑞峰, 张玉钧, 刘建国, 许振宇, 束小文, 张帅, 何莹, 耿辉, 崔益本.基于室温脉冲量子级联激光器的NO气体检测中的光谱处理方法研究. 必威体育下载 , 2010, 59(4): 2364-2368.doi:10.7498/aps.59.2364
[18]	袁长迎, 炎正馨, 蒙瑰, 李智慧, 尚丽平.高浓度气体共振光声光谱信号饱和特性研究. 必威体育下载 , 2010, 59(10): 6908-6913.doi:10.7498/aps.59.6908
[19]	李宜德, 杜英磊, 李纪焕, 吴柏枚.光声谱研究多孔碳化硅的能带特性. 必威体育下载 , 2003, 52(5): 1260-1263.doi:10.7498/aps.52.1260
[20]	周岚, 张淑仪, 傅少伟, 王志, 张立德.纳米SrTiO3的光声光谱研究. 必威体育下载 , 1997, 46(5): 994-1000.doi:10.7498/aps.46.994

计量

文章访问数:3756
PDF下载量:78
被引次数:0

搜索

留言板