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摘 要

在人们的生活中，气体的应用非常广泛，所以气体的检测就尤为重要。往年，气体检测的方法多种多样，但随着科技的进步，利用光声光谱法来检测气体已成为研究人员的优先选择。光声光谱法就是利用反应过程中物体汲取光能之后产生能量，并且声压的方式来传递能量得到所需信息。

本文是制作在气体相关轮的应用基础上运用光声光谱法来检测微量气体浓度的装置，过程中需要用函数信号发生器/计数器提供稳定频率和电压连接到光源上，然后光源发射光束通过气体相关轮然后再通过光声池（连接有微型麦克风用于接收声信号），再通过光电池/红外检测器（光声池和光电池都需要连接稳压电源）与示波器连接显现光波和声波，然后再将信号发生器与锁相放大器所连接，将锁相放大器与采集卡连接，得到所需要的微量气体的浓度值。

关键词：气体检测；光声光谱；气体滤波相关轮

Abstract

In people's lives, the application of gas is very extensive, so the gas detection is particularly important. In previous years, gas detection methods varied, but with the progress of science and technology, the use of photoacoustic spectroscopy to detect gas has become a researcher's priority. Photoacoustic spectroscopy is the use of the reaction process of objects to absorb light energy after the energy, and the way the sound pressure to pass the energy to get the required information.

This paper is based on the application of gas-related wheels on the basis of the use of photoacoustic spectroscopy to detect trace gas concentration of the device, the process needs to use the function of the signal generator / counter to provide a stable frequency and voltage connected to the light source, and then the light source through the gas The associated wheel is then passed through a light cell (connected to a microphone for receiving an acoustic signal), and then connected to the oscilloscope via a photocell / infrared detector (both the light and the battery and the photocell are connected to the oscilloscope). Connect the signal generator to the lock-in amplifier and connect the lock-in amplifier to the acquisition card to obtain the required concentration of trace gas.

Key Words:Gas detection; photoacoustic spectroscopy; gas filter correlation wheel

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1简介 1

1.2非光学检测法 1

1.2.1超声波检测法 1

1.2.2气敏检测法 2

1.2.3热催化检测法 2

1.2.4气相色谱检测法 2

1.2.5被动检气管检测法 3

1.3光声光谱检测法 3

1.3.1光声光谱法的发展趋势 3

1.3.2光声光谱法的检测原理....................................................................4

1.3.3光声气体传感器 5

1.4气体滤波相关轮技术 6

1.4.1气体滤波相关轮红外气体检测装置的研究.......................................6

1.4.2气体滤波相关轮辐射计(GFCR)技术.................................................7

1.4.3气体滤波检测原理...........................................................................7

第二章 仪器制作概述.................................................................................................9

2.1实验所需装置.............................................................................................9

2.1.1 红外光源、滤光片、微音器..............................................................9

2.1.2 气体相关轮、光声池及红外检测器..................................................9

2.1.3 EE1641B型函数信号发生器/计数器..............................................10

2.1.4 直流稳压电源UNI-T UTP3702S....................................................10

2.1.5 RIGOL DS1102E示波器.................................................................10

2.1.6双相锁相放大器SR830..................................................................11

第三章 实验步骤与结论....................................................................................................12

3.1实验步骤............................................................................................................12

3.2实验数据............................................................................................................13

3.3实验结论与展望........................................................................................13

参考文献..................................................................................................................................15

致谢.........................................................................................................................................16

第一章 绪论

1.1简介

微量气体的检测在医疗事故、食品安全、环境评估、消防工作上都扮演着非常重要的角色^[1]。在过去的几十年里，科技不断发展，设备完善更新，微量气体的检测技术在这些当面的应用也是越来越多。而且近些年来，人们对于环境污染意识的提高以及环境变化的复杂性让人们渐渐的开始重视起来。然而一些过气的气体检测方法已经慢慢的在人们内心中被淘汰，也正因为这样，大家对于新型的气体检测技术的需求急速的增加，在这方面的探讨也加深起来。在最新的技术当中，有用超声波来区分和检测微量气体的浓度，也有用热催化法来检测，然而现在最受研究人员青睐还是利用光声光谱法来探测微量气体^[2]，再加上气体滤波相关轮技术的辅助可以让检测系统具有更高的灵敏性和准确性。

1.2非光学检测法

1.2.1超声波检测法

在过去的这些年里面，因为运用互联网技术的快速进步以及对于检测某种需要事物的提升，就渐渐的显现出来靠超声波的发射运用原理来检测气体自身浓度的新型方法。它具有检测精确度高、无节流、涉及范围广，自身适应性强等优点。超声波检测就是在一个指定的气体它的运动速度前提下还有就是该气体在现阶段所在环境所呈现的温度和气体自身特点的关系，经过观察气体在这个超声波里面运动速度的大小和自身所体现的温度来计算这个气体它自身大慨的浓度^[4]。

超声波技术克服了以前那些传统检测方法的缺点。在一些大工作量的气体浓度检测方面更加具有优势，既可以应用于之后的工业生产中，也可以达到测量的高精确度。但是这项技术非常容易受到环境因素的影响，类似于所处环境的温度、压力、湿度都会造成影响，正因为如此，要采取一些必要的补救防护措施尽量让这些因素所产生的影响达到最低，提高检测精确度^[5]。

1.2.2气敏检测法

探测过程中，我们可以将气体的浓度转化成有着固定关系的电量输出。不同的气体个别体，也就对应着不一样的检测途径。气敏检测技术最关键的就是用对应的传感器来检测所需气体的浓度，传感器中的元件自身性能与敏感材料的选择还有制作方法都是有着联系的，而且采用通过铁、铜、铝与氧气反应之后制作出来的半导体气敏部件就有着牢靠、自身结构通俗易懂、而且准确性还很高的优点^[6]。当然，此方法也有缺点，因为应用于电路之中，那么供电电压所造成的影响也是很大的，另外还有一些环境上面的因素也需要通过采取措施尽可能地提高测量精确度。

1.2.3热催化检测法

热催化检测法是运用气体在一些加入催化剂进行才能加速反应的元件上进行与氧气发生反应产生热量（并没有烟雾的产生），从而让部件阻碍电流通过的能力进行改变，正因为如此，催化元件和阻碍电流能力的两者之间形成的彼此之间的惠更斯电桥就会出现失去平衡的现象，然后就可以提供出与待测气体浓度成正比的电信号的通知,接着经过检测所传达信号的不同，就能得到我们所需要的气体浓度的数据。此法成本低，结构组成也简单，对于环境的抗干扰能力也好，电信号的输出量大显示方便，可以免人工检测^[7]。因为毕竟是需要元件组成，而且元件自身使用寿命有限这个问题也是需要面临的问题，为了增加元件的使用寿命，一些有害的气体（尤其是具有腐蚀性的）是不被允许被进行检测的，而且因为检测的基本数据很难发生改变，自然也就不能适应在各种各样的环境下对于不同混合气体的检测环境。

1.2.4气相色谱检测法

气相色谱检测法也被称为层次分析法，它可以对各种各样的混合气体进行分离测定。在物质有着不相同性质的前提下，物质处于不同的两相状态进行运动时，就会出现分配系数的不同的现象，当这些物质随流动相运动时，就可以根据系数的不同进行分配，这样的话让那些本来分配系数就相差甚小的物质可以得到很好地区分，然后交于指定的检测器，就自然而然可以得到不一样的气体浓度数据^[8]。

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