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基于光声光谱技术的NO,NO2气体分析仪研究

许雪梅 李奔荣 杨兵初 蒋礼 尹林子 丁一鹏 曹粲

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基于光声光谱技术的NO,NO2气体分析仪研究

许雪梅, 李奔荣, 杨兵初, 蒋礼, 尹林子, 丁一鹏, 曹粲

Gas measurement system of NO and NO2 based on photoacoustic spectroscopy

Xu Xue-Mei, Li Ben-Rong, Yang Bing-Chu, Jiang Li, Yin Lin-Zi, Ding Yi-Peng, Cao Can
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  • NO, NO2是大气污染源中的常见气体, 对环境具有严重的危害性. 为检测污染源中这两种气体的浓度, 构建了成本较低的基于红外热辐射光源的光声光谱气体检测系统. 分析计算得到了NO, NO2 在2500–6667 nm波段吸收谱线. 通过建立光声传输线RLC振荡电路模型和仿真得到品质因数、声压大小与谐振腔长、内腔半径以及调制频率的关系, 据此设计了光声池几何结构. 实验表明该系统所测得的光声信号与气体浓度有很好的线性关系, 并且对NO, NO2气体极限检测灵敏度分别达到4.01 和1.07 μL. 通过调节激光发射波长和选取滤波片, 该系统还可用于其他微量气体的浓度检测.
    NO and NO2 are the common gases and have serious harmfulness to the atmosphere pollution of environment. To detect the concentration of the two gases in pollution, we construct a low cost photoacoustic spectrum gas measurement system based on the thermal radiation light source. Absorption lines of the NO and NO2 between 2500 and 6667 nm are calculated. By modeling the photoacoustic transmission line the relations between quality factor, acoustic pressure and cavity length, cavity radius, modulation frequency are obtained, and the design of geometric construction of photoacoustic cell is also guided. The experiment show that there exists a good linearity between photoacoutic signal detected in the system and gas concentration, and the system ultimate detection sensitivities to the NO and NO2 are 4.01 and 1.07 μL/L respectively. When the emission wavelength of laser is regulated suitably and the edmund optics is chosen reasonably, this system is also suitable for the concentration-detection of other trace gas.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 61172047, 61071025)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61172047, 61071025).
    [1]

    Jeong H Y, Lee D S 2010 Appl. Phys. Lett. 96 213105

    [2]

    Zan H W, Li C H 2011 Appl. Phys. Lett. 98 253503

    [3]

    Hwang B W, Lee S C 2012 14th International Meeting on Chemical Sensors Nuremberg, Germany, May 20-23, 2012 p1617

    [4]

    Zhang X Y, Jiang H 2012 Atmos. Environ. 46 590

    [5]

    Tang Y Y, Liu W Q, Kan R F 2010 Acta Phys. Sin. 59 2364 (in Chinese) [汤媛媛, 刘文清, 阚瑞峰 2010 59 2364]

    [6]

    Chen J L, Ling L Y, Andreas H, Zheng N N 2012 Chin. Phys. B 21 119301

    [7]

    Wang Z R, Zhou B, Wang S S 2011 Acta Phys. Sin. 60 060703 (in Chinese) [王焯如, 周斌, 王珊珊 2011 60 060703]

    [8]

    Sun Y W, Zeng Y, Liu W Q, Xie P H, Chen J L 2012 Chin. Phys. B 21 090701

    [9]

    Persijin S T, Santosa E, Harren F J M 2002 Appl. Phys. B 75 335

    [10]

    Narasinmhan L R, Goodman W, Patel C K N 2001 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98 4617

    [11]

    Yuan C Y, Yan Z X, Meng G, Li Z H, Shang L P 2010 Acta Phys. Sin. 59 6908 (in Chinese) [袁长迎, 炎正馨, 蒙瑰, 李智慧, 尚丽平 2010 59 6908]

    [12]

    Peng Y, Yu Q X 2009 Spectrosc. Spect. Anal. 29 2030 (in Chinese) [彭勇, 于清旭 2009 光谱学与光谱分析 29 2030]

    [13]

    Chen W G, Zhou H Y, Huang H X, Tang J 2010 Chin. J. Sci. Instrum. 31 665 (in Chinese) [陈伟根, 周恒逸, 黄会贤, 唐炬 2010 仪器仪表学报 31 665]

    [14]

    Wu H P, Dong L, Zheng H D, Liu Y Y, Ma W G 2012 Acta Phys. Sin. 62 070701 (in Chinese) [武红鹏, 董磊, 郑华丹, 刘妍妍, 马维光 2012 62 070701]

    [15]

    Li J S, Gao X M, Fang L 2007 Opt. Laser Technol. 39 1144

    [16]

    Rothman L S, Jacquemart D, Barbe A 2005 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 96 139

    [17]

    Diebold G J 2003 Rev. Sci. Instrum. 74 801

    [18]

    Bernegger S, Sigrist M W 1990 Rev. Infrared Phys. 30 375

    [19]

    Bijnen F G C, Reuss J, Harren F J M 1996 Rev. Sci. Instrum. 67 2914

    [20]

    Li L D 2011 J. Liaoning Tech University (Nat. Sci) 30 202 (in Chinese) [李丽丹 2011 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 30 202]

  • [1]

    Jeong H Y, Lee D S 2010 Appl. Phys. Lett. 96 213105

    [2]

    Zan H W, Li C H 2011 Appl. Phys. Lett. 98 253503

    [3]

    Hwang B W, Lee S C 2012 14th International Meeting on Chemical Sensors Nuremberg, Germany, May 20-23, 2012 p1617

    [4]

    Zhang X Y, Jiang H 2012 Atmos. Environ. 46 590

    [5]

    Tang Y Y, Liu W Q, Kan R F 2010 Acta Phys. Sin. 59 2364 (in Chinese) [汤媛媛, 刘文清, 阚瑞峰 2010 59 2364]

    [6]

    Chen J L, Ling L Y, Andreas H, Zheng N N 2012 Chin. Phys. B 21 119301

    [7]

    Wang Z R, Zhou B, Wang S S 2011 Acta Phys. Sin. 60 060703 (in Chinese) [王焯如, 周斌, 王珊珊 2011 60 060703]

    [8]

    Sun Y W, Zeng Y, Liu W Q, Xie P H, Chen J L 2012 Chin. Phys. B 21 090701

    [9]

    Persijin S T, Santosa E, Harren F J M 2002 Appl. Phys. B 75 335

    [10]

    Narasinmhan L R, Goodman W, Patel C K N 2001 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98 4617

    [11]

    Yuan C Y, Yan Z X, Meng G, Li Z H, Shang L P 2010 Acta Phys. Sin. 59 6908 (in Chinese) [袁长迎, 炎正馨, 蒙瑰, 李智慧, 尚丽平 2010 59 6908]

    [12]

    Peng Y, Yu Q X 2009 Spectrosc. Spect. Anal. 29 2030 (in Chinese) [彭勇, 于清旭 2009 光谱学与光谱分析 29 2030]

    [13]

    Chen W G, Zhou H Y, Huang H X, Tang J 2010 Chin. J. Sci. Instrum. 31 665 (in Chinese) [陈伟根, 周恒逸, 黄会贤, 唐炬 2010 仪器仪表学报 31 665]

    [14]

    Wu H P, Dong L, Zheng H D, Liu Y Y, Ma W G 2012 Acta Phys. Sin. 62 070701 (in Chinese) [武红鹏, 董磊, 郑华丹, 刘妍妍, 马维光 2012 62 070701]

    [15]

    Li J S, Gao X M, Fang L 2007 Opt. Laser Technol. 39 1144

    [16]

    Rothman L S, Jacquemart D, Barbe A 2005 J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 96 139

    [17]

    Diebold G J 2003 Rev. Sci. Instrum. 74 801

    [18]

    Bernegger S, Sigrist M W 1990 Rev. Infrared Phys. 30 375

    [19]

    Bijnen F G C, Reuss J, Harren F J M 1996 Rev. Sci. Instrum. 67 2914

    [20]

    Li L D 2011 J. Liaoning Tech University (Nat. Sci) 30 202 (in Chinese) [李丽丹 2011 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 30 202]

  • [1] 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.  , 2022, 71(9): 093201. doi: 10.7498/aps.71.20212366
    [2] 熊枫, 彭志敏, 丁艳军, 杜艳君. NO紫外宽带吸收光谱的非线性响应及实验.  , 2022, 71(20): 203302. doi: 10.7498/aps.71.20220975
    [3] 刘丽娴, 陈柏松, 张乐, 章学仕, 宦惠庭, 尹旭坤, 邵晓鹏, 马欲飞, MandelisAndreas. 面向工业园区的多组分痕量气体光声光谱同时检测.  , 2022, 71(17): 170701. doi: 10.7498/aps.71.20220613
    [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.  , 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.  , 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.  , 2019, 68(7): 074202. doi: 10.7498/aps.68.20182084
    [7] 张向群, 王殊, 朱明. 常温下氢气声转动弛豫模型研究.  , 2018, 67(9): 094301. doi: 10.7498/aps.67.20172665
    [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.  , 2018, 67(8): 084201. doi: 10.7498/aps.67.20172696
    [9] 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.  , 2016, 65(3): 038101. doi: 10.7498/aps.65.038101
    [10] 聂敏, 任杰, 杨光, 张美玲, 裴昌幸. PM2.5大气污染对自由空间量子通信性能的影响.  , 2015, 64(15): 150301. doi: 10.7498/aps.64.150301
    [11] 张克声, 陈刘奎, 欧卫华, 蒋学勤, 龙飞. 基于声吸收谱峰值点的天然气燃烧特性检测理论.  , 2015, 64(5): 054302. doi: 10.7498/aps.64.054302
    [12] 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.  , 2013, 62(8): 087802. doi: 10.7498/aps.62.087802
    [13] 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.  , 2013, 62(20): 204303. doi: 10.7498/aps.62.204303
    [14] 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.  , 2012, 61(14): 140704. doi: 10.7498/aps.61.140704
    [15] 王焯如, 周斌, 王珊珊, 杨素娜. 应用多光路主动差分光学吸收光谱仪观测大气污染物的空间分布.  , 2011, 60(6): 060703. doi: 10.7498/aps.60.060703
    [16] 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.  , 2010, 59(4): 2364-2368. doi: 10.7498/aps.59.2364
    [17] 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.  , 2010, 59(10): 6908-6913. doi: 10.7498/aps.59.6908
    [18] 周 斌, 郝 楠, 陈立民. 夫琅禾费线对差分光学吸收光谱法测量大气污染气体影响的研究.  , 2005, 54(9): 4445-4450. doi: 10.7498/aps.54.4445
    [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.  , 2003, 52(5): 1260-1263. doi: 10.7498/aps.52.1260
    [20] 周斌, 刘文清, 齐峰, 李振壁, 崔延军. 差分吸收光谱法测量大气污染的浓度反演方法研究.  , 2001, 50(9): 1818-1823. doi: 10.7498/aps.50.1818
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-05-30
  • 修回日期:  2013-07-15
  • 刊出日期:  2013-10-05

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