甲烷气体近红外光声光谱及痕量探测技术研究

摘要

甲烷是一种被公认的最重要的温室气体之一，据报道，一分子甲烷的红外线吸收能力是一分子二氧化碳红外吸收能力的10～30倍，并且其温室效应贡献约占全球温室效应总贡献的15％。并且大气中的甲烷浓度一直以每年百分之一的速度增加。因此，研究甲烷气体浓度探测是非常重要并且十分有意义。目前，光声光谱已被证明是一个非常灵敏有效的气体监测方法。
　　 本文介绍了一种基于1.653μ m分布反馈式（DFB）半导体激光器的共振光声光谱系统。该系统具有结构简单、操作方便、价格低廉等优点。对光声光谱系统的响应特性进行了实验研究，对光声光谱系统进行振幅调制和波长调制两种方法进行了实验对比研究。并用此系统对室外空气中的甲烷（CH4）进行了测量，得到了100ppbv的探测灵敏度。
　　 其内容将分成以下五个章节分别描述：
　　 首先，我们介绍了光声光谱的起源与发展历程，以及其技术特点和应用。结合光声光谱的特点，最后引出开展光声光谱技术甲烷痕量探测的背景和动机。
　　 第二章主要介绍光声光谱技术的理论基础…红外吸收理论，详细阐述了光声效应的产生机制和光声光谱技术的气体检测原理。
　　 第三章重点介绍我们所建立的这套基于1.653μ m分布反馈式（DFB）半导体激光器的共振光声光谱系统。内容包括：系统的工作原理、总体架构、设备选择及依据；最后针对系统不完善的地方进行了仔细分析，并提出了针对性的解决方案。
　　 第四章主要对光声光谱技术在痕量气体探测领域的应用进行可行性分析，描述了光声光谱系统中激光定标的过程以及对本系统的优化处理，最后针对1.653μm DFB半导体激光测量甲烷气体分子的应用研究，提出了最佳的甲烷探测方案。
　　 最后介绍了光声光谱技术虽然是痕量气体探测领域一种较为先进的技术，但同样也存在有许多问题需要改善，探测灵敏度、小型化设计还有待提高。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

第一章概述

1.1光声光谱技术的起源与发展

1.2光声光谱技术的特点与应用

1.3利用光声光谱技术进行甲烷痕量探测的背景和动机

1.4本文研究的内容

第二章光声光谱检测基本原理

2.1 引言

2.2红外吸收原理

2.3光声效应产生机制

2.4光声光谱技术的气体检测原理

第三章 甲烷光声光谱检测系统

3.1引言

3.2系统工作原理与总体架构

3.3主要试验仪器

3.4实验设备的选择及依据

3.5系统问题的产生与解决方案

第四章光声光谱技术气体探测研究

4.1 光声光谱技术在痕量气体探测领域的研究

4.2激光定标

4.3系统优化

4.4 1.65μ m DFB半导体激光测量甲烷气体分子的应用研究

第五章结论与展望

5.1结论：

5.2展望

参考文献

致 谢