光声集成传感器系统的研究与应用

• 作 者: 赵俊娟
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 光声技术 光声集成传感器系统 虚拟仪器 设计方法 信号检测

许多研究领域都涉及到气体的分析检测,如环境气体监测、医疗健康诊断以及生物学中组织的痕量气体交换等。因此,设计一种高灵敏度、高选择性且能实时监测的气体传感器具有重要意义。激光光声技术将为微量气体的测量提供新的高性能技术手段。本文对气体光声检测理论、光声腔设计与应用做了较深入的研究,设计出了气体光声集成传感器系统。内容包括以下几个研究方面:　　
首先,论文介绍了光声技术的特点、发展历史和近年来的研究成果。并详细推导了气体光声检测技术原理,研究了多种光声腔的测试理论。根据理论分析,设计出不同类型测试腔,并进行实验测试,通过对实验检测结果的分析,总结出各腔体的理论特性与应用特点。　　
创新提出了类Helmholtz腔的设计思路,推导了其理论依据,并通过了实验验证,结果表明与其他腔体相比,该结构具有更好的共振检测性能。然后,在硬件设计完成的基础上,研究了弱信号检测技术,分析正交锁相放大算法,在LabVIEW中实现了光声信号处理系统的设计开发。　　
最后,从分子光谱理论和分子结构出发讨论了二氧化碳的红外光谱结构,以二氧化碳为测试对象,对气体光声集成传感器系统进行灵敏度测试,测量灵敏度达到485ppb。在此研究的基础上分析了多组分气体光声信号产生机理,给出了多组分气体检测腔的设计方法,并通过实验验证了测试方法的可行性。