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适用于ppb量级NO2检测的低功率蓝光二极管光声技术研究

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靳华伟, 胡仁志, 谢品华, 陈浩, 李治艳, 王凤阳, 王怡慧, 林川. 2019: 适用于ppb量级NO2检测的低功率蓝光二极管光声技术研究, 物理学报, 68(7): 109-116. doi: 10.7498/aps.68.20182262
引用本文: 靳华伟, 胡仁志, 谢品华, 陈浩, 李治艳, 王凤阳, 王怡慧, 林川. 2019: 适用于ppb量级NO2检测的低功率蓝光二极管光声技术研究, 物理学报, 68(7): 109-116. doi: 10.7498/aps.68.20182262
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Jin Hua-Wei, Hu Ren-Zhi, Xie Pin-Hua, Chen Hao, Li Zhi-Yan, Wang Feng-Yang, Wang Yi-Hui, Lin Chuan. 2019: Photo-acoustic technology applied to ppb level NO2 detection by using low power blue diode laser, Acta Physica Sinica, 68(7): 109-116. doi: 10.7498/aps.68.20182262
Citation: Jin Hua-Wei, Hu Ren-Zhi, Xie Pin-Hua, Chen Hao, Li Zhi-Yan, Wang Feng-Yang, Wang Yi-Hui, Lin Chuan. 2019: Photo-acoustic technology applied to ppb level NO2 detection by using low power blue diode laser, Acta Physica Sinica, 68(7): 109-116. doi: 10.7498/aps.68.20182262
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适用于ppb量级NO2检测的低功率蓝光二极管光声技术研究

  • 中国科学院安徽光学精密机械研究所,环境光学与技术重点实验室,合肥230031;中国科学技术大学,合肥230026;安徽理工大学机械工程学院,淮南232001

  • 中国科学院安徽光学精密机械研究所,环境光学与技术重点实验室,合肥230031;中国科学技术大学,合肥230026

Photo-acoustic technology applied to ppb level NO2 detection by using low power blue diode laser

  • 摘要: 在405 nm处基于低功率蓝光二极管光声技术探测ppb量级NO2浓度系统,获取了NO2有效吸收截面,探讨了水蒸气等气体的测量干扰,通过频率扫描拟合得到了1.35 kHz的谐振频率.采用内部抛光的铝制圆柱空腔作为光声谐振腔(内径为8 mm,长为120 mm),系统优化了腔体、窗片和电源等影响因素,分析了降低本底噪声、提高信噪比的方法,噪声信号可降至0.02 μV.设计了两级缓冲结构,显著抑制了流量噪声的影响,提高了系统的稳定性.系统的标定梯度曲线经过线性拟合后的斜率为0.016 μV/ppb,R2为0.998,在60 s平均时间下,系统NO2探测限为3.67 ppb(3σ).为了证实系统的测量结果,将其与二极管激光腔衰荡光谱系统同步对比测量大气NO2浓度,二者线性拟合后的斜率为0.94±0.009,截距为1.89±0.18,相关系数为0.87,一致性较好.实验结果表明,该系统实现了ppb量级NO2浓度的低成本在线探测,可用于NO2浓度外场的实时检测.
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出版历程
  • 刊出日期:  2019-01-01

适用于ppb量级NO2检测的低功率蓝光二极管光声技术研究

  • 中国科学院安徽光学精密机械研究所,环境光学与技术重点实验室,合肥230031;中国科学技术大学,合肥230026;安徽理工大学机械工程学院,淮南232001
  • 中国科学院安徽光学精密机械研究所,环境光学与技术重点实验室,合肥230031;中国科学技术大学,合肥230026

摘要: 在405 nm处基于低功率蓝光二极管光声技术探测ppb量级NO2浓度系统,获取了NO2有效吸收截面,探讨了水蒸气等气体的测量干扰,通过频率扫描拟合得到了1.35 kHz的谐振频率.采用内部抛光的铝制圆柱空腔作为光声谐振腔(内径为8 mm,长为120 mm),系统优化了腔体、窗片和电源等影响因素,分析了降低本底噪声、提高信噪比的方法,噪声信号可降至0.02 μV.设计了两级缓冲结构,显著抑制了流量噪声的影响,提高了系统的稳定性.系统的标定梯度曲线经过线性拟合后的斜率为0.016 μV/ppb,R2为0.998,在60 s平均时间下,系统NO2探测限为3.67 ppb(3σ).为了证实系统的测量结果,将其与二极管激光腔衰荡光谱系统同步对比测量大气NO2浓度,二者线性拟合后的斜率为0.94±0.009,截距为1.89±0.18,相关系数为0.87,一致性较好.实验结果表明,该系统实现了ppb量级NO2浓度的低成本在线探测,可用于NO2浓度外场的实时检测.

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