基于光声光谱的爆炸气体C2H4测量研究

摘要：乙烯(C2H4)气体是石油化工产业中的基本化工原料，具有爆炸性，也常被作为煤层自燃的标识性气体。为实现对低浓度气体的检测，搭建了基于近红外可调谐二极管激光器（Near Infrared Tunable Diode Laser）的低成本光声光谱测量系统。通过系统得到的吸收光谱对乙烯进行分析，选择了乙烯气体在1620.44 nm 处的跃迁作为传感谱线，并根据光声池共振频率大小对激光器调制频率进行调控，使这两个频率相同，再与波长调制吸收技术相结合，达到了利用传感谱线的二次谐波信号对乙烯气体浓度反演的目的。实验结果显示该系统对于气体测量的准确度为0.791%，系统探测极限达到0.073%，在7分钟之内对同一样品的连续测量验证了系统良好的稳定性，所有实验结果表明了系统在乙烯气体痕量探测方面的应用价值。

该论文有图14幅，表2个，参考文献31篇。

关键词：乙烯光声光谱波长调制

Detection of Explosive Gas-C2H4 Based on Photoacoustic Spectroscopy

Abstract： Ethylene (C2H4) is a common chemical material with explosiveness. It is often used as identifier for coal spontaneous combustion. An inexpensive resonant photoacoustic spectrometer based on near infrared tunable diode laser is developed to detect the C2H4.In order to increase the sensitivity of the system, the wavelength modulation spectroscopy is employed. The C2H4 concentration is determined from the second harmonic signal of a C2H4 transition at 1620.44 nm. The accuracy for the measurements of C2H4 is 0.791%.The detection limit of the system is estimated to be about 0.073%.A successive measurement for a gas sample in eight minutes shows the stability of the system. All the results confirm the reliability of the system for trace detection of C2H4 .

Key Words：Ethylene Photoacoustic spectroscopy Wavelength modulation

摘要 I

Abstract II

目录 III

图清单 IV

表清单 IV

变量注释表 V

1绪论 1

1.1气体检测的研究背景 1

1.2气体检测的意义 1

1.3光学气体检测方法概述 1

2光声光谱检测技术 3

2.1光声效应 3

2.2光声光谱检测技术原理 4

3实验系统设计/实验装置 6

3.1激光器选择 6

3.2谱线选择 8

3.3系统结构 9

3.4共振频率及品质因子的测量 11

4实验结果与讨论 12

4.1实验结果 12

4.2系统准确性 13

4.3系统测量精度以及稳定性 14

4.4系统探测极限 14

5总结与展望 16

参考文献 17

致谢 20

1绪论

1.1气体检测的研究背景

当社会不断进步以及工农业生产不断扩张，人们需要利用的气体以及在生产过程中产生的气体种类、数目都在持续增加，致使环境中的气体成分变得更加复杂多样。这些气体不仅与产品质量和生产安全有关，而且与人类安全健康生活有很大联系。基于光声光谱的爆炸气体C2H4测量研究:http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205945.html