基于QEPAS技術的水蒸氣濃度檢測系統(tǒng).pdf

1、水蒸氣濃度檢測技術是當今氣體傳感領域中的一項重要課題。在天然氣運輸、電力傳輸、食品安全、工業(yè)冶煉以及精密器械維護等方面，水蒸氣的濃度要求非常苛刻，需要嚴格控制，所以迫切需要對水蒸氣濃度檢測技術進行深入地研究。石英增強光聲光譜（quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy）技術簡稱QEPAS技術，是近年來痕跡氣體檢測研究中一種新的方法，與傳統(tǒng)光聲池方法以及其他傳統(tǒng)檢測方法相比，在體積、成本、靈敏度和

2、抗干擾方面都有著一定的優(yōu)勢，尤其是它不受激光器、準直器等內(nèi)部含有的微量水蒸氣的影響，克服了吸收光譜法固有的水底問題。本文通過對基于QEPAS的水蒸氣濃度檢測系統(tǒng)的研究，闡述了相關原理，實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能，優(yōu)化了光路與信號檢測電路，采用的鎖頻法解決了檢測過程中出現(xiàn)的問題和矛盾，最終達到了低濃度水蒸氣的準確標定。
　　QEPAS技術原理涉及到紅外光譜氣體的吸收理論以及由于吸收產(chǎn)生的多次諧波理論。本文通過氣體分子紅外吸收、氣體分子的吸收定

3、律、線性函數(shù)、波長調(diào)制，逐步闡述和推導了QEPAS技術的原理，然后又對石英音叉的壓電特性等機理進行了詳細描述。
　　根據(jù)QEPAS原理與相關的電路知識，本文詳細介紹了系統(tǒng)各部分的功能、組成和設計思路，組建起了QEPAS水蒸氣濃度檢測系統(tǒng)，對程序、系統(tǒng)參數(shù)設定完畢后，在大氣中檢測出水蒸氣的濃度，初步實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能。
　　為了提升系統(tǒng)的檢測精度，對影響系統(tǒng)信噪比的激光器調(diào)制幅度、鎖相放大電路參數(shù)進行了優(yōu)化，使信噪比提升了1倍。

4、對共振管和音叉的特性做了細致的研究，確定了最優(yōu)的共振管結(jié)構(gòu)和尺寸，發(fā)現(xiàn)了音叉在共振管結(jié)構(gòu)中中心頻率變化很小而帶寬變化明顯。
　　確定了QEPAS水蒸氣濃度檢測的新方法—鎖頻法。針對激光驅(qū)動信號掃描法與鎖頻法進行理論分析與實驗驗證，證明了鎖頻法在光聲光譜系統(tǒng)中的巨大優(yōu)勢，并將鎖頻法應用到了系統(tǒng)中，二次諧波信號的信噪比得到了質(zhì)的飛躍，空氣中的信噪比達到了500。
　　標定了QEPAS水蒸氣濃度檢測系統(tǒng)的檢測極限為200ppm，精