ການຄົ້ນພົບ spectroscopy photosacoustic ຕາມ laser laser diode ຂອງອາຍແກັສ acetylene ແລະການວິເຄາະປະລິມານຂອງຕົນ

ບົດສະຫຼຸບ

  Acetylene ໃນນ້ໍາເປັນກ໊າຊລັກສະນະທີ່ສໍາຄັນທີ່ເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມຜິດພະລາດໃນການໄຫຼເຂົ້າຕົ້ນຂອງເຄື່ອງປັ໊ມແລະເຄື່ອງອຸປະກອນທາງນ້ໍາອື່ນໆ. ເທກນິກ spectroscopy ຖ່າຍຮູບ laser ທີ່ມີຄວາມລະອຽດອ່ອນແລະເລືອກທີ່ດີສາມາດນໍາໃຊ້ໄດ້ດີເພື່ອກວດພົບບັນຫາການຕິດຕາມ. ການຕິດຕັ້ງແບບທົດລອງແບບມືຖືແລະ tunable ທີ່ມີ laser diode ທີ່ມີການແຈກຢາຍໄດ້ຖືກພັດທະນາໃນເອກະສານນີ້. ຂໍ້ກໍານົດຂອງຄຸນລັກສະນະຂອງຫ້ອງ photacoustic, ການພົວພັນລະຫວ່າງສັນຍານ photoacoustic ກັບພະລັງງານ laser ແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງອາຍແກັສ acetylene ໄດ້ຖືກວິເຄາະຢ່າງຈິງຈັງ. ໂດຍວິທີການໂມເລກຸນໄລຍະເວລາເລເຊີຂອງ diode, ລະດັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ acetylene photoacoustic ທີ່ມີຄວາມລະອຽດສູງຢູ່ໃກ້ກັບ 1.5 ມິນລິເມດໃນແຖບຄື່ນສຽງທໍາອິດໃກ້ກັບອິນຟາເຣນໄດ້ຖືກກວດສອບ. ວິທີການ novel ຂອງການວິເຄາະປະລິມານພາບຖ່າຍໄດ້ຖືກສະເຫນີໂດຍອີງໃສ່ພື້ນຖານຂອງການກະຕຸ້ນຢ່າງຫນ້ອຍຮຽບຮ້ອຍ. ຜົນໄດ້ຮັບທິດສະດີແລະການທົດລອງສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການຕິດຕາມກວດກາອອນໄລຂອງເສັ້ນໄຍ acetylene ແລະການອອກແບບ Spectrometer photoacoustic tunable ທີ່ມີຄວາມໄວສູງ.

  1INTRODUCTION

  Acetylene (C2H2) ເປັນແກນລັກສະນະຕົ້ນຕໍໃນການປະຕິບັດງານຂອງການຫັນປ່ຽນແລະອຸປະກອນໄຟຟ້າທີ່ມີນ້ໍາເຂົ້າໃສ່ນ້ໍາອື່ນທີ່ມີຄວາມລົ້ມເຫລວໃນການໄຫຼ. ການກວດສອບທັນທີແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງອາເຊທິລີນທີ່ລະລາຍໃນນ້ໍາມັນອາຍແກັສເປັນວິທີທີ່ມີປະສິດທິພາບໃນການຄາດເດົາຄວາມຜິດພາຍໃນທີ່ອາດເກີດຂຶ້ນແລະການພັດທະນາອຸປະກອນໄຟຟ້າໃນການກວດຫາເບື້ອງຕົ້ນ [1-3].

Photoacoustic spectroscopy (PAS) ມີຄວາມສົດໃສດ້ານທີ່ດີເນື່ອງຈາກຄວາມຫມັ້ນຄົງ, ຄວາມໄວສູງ, ຄວາມໄວໃນການກວດສອບໄວ, ບໍ່ມີການແຍກກ໊າຊແລະການບໍລິໂພກ, ເຊິ່ງສາມາດວັດແທກໄດ້ໂດຍກົງ [4-6]. Bijnen et al [7] ການຕິດຕັ້ງລະບົບການກວດຈັບ PAS ໂດຍ intracavity ອີງຕາມເລເຊີ carbon dioxide, ແລະເອທິລີນໄດ້ຖືກກວດພົບ. ໃນປະເທດຈີນ, ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຕ່ໍາຂອງ 6 ppm ຂອງກ໊າຊ CH4 ໄດ້ຖືກວັດດ້ວຍ PAS ໂດຍ Yu [8]. ການສຶກສາໂດຍ Sigrist [9] ໃຫ້ຂໍ້ສະຫຼຸບທີ່ສົມບູນແບບຂອງຜົນການຄົ້ນຄວ້າຂອງ PAS ໃນປະເທດຈີນແລະຕ່າງປະເທດ. ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ເຕັກໂນໂລຢີແບບເລເຊີສໍາລັບ laser-semiconductor ໄດ້ກາຍເປັນຈຸດສຸມຂອງການຄົ້ນຄວ້າເປັນແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ, ເນື່ອງຈາກສາຍເສັ້ນແຄບຂອງເຂົາເຈົ້າ, ເສັ້ນຄື່ນຄວາມຖີ່ແລະອຸປະກອນທີ່ດີເລີດອື່ນໆ. ພວກເຂົາໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໃນການຊອກຄົ້ນຫາກ໊າຊ PAS, ເຊິ່ງຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາສາມາດວິເຄາະລະບົບດູດຊຶມຂອງໂມເລກຸນດຽວ, ແລະເພື່ອໃຫ້ມີການເລືອກທີ່ດີ, ລະດັບຄວາມເຄື່ອນໄຫວຂະຫນາດໃຫຍ່, ການປັບຄວາມສະດວກໃນການຂັບເຄື່ອນ [10]. ກະດາດນີ້ສະເຫນີການອອກແບບການທົດລອງແບບພະກະພາແລະການທົດລອງທີ່ມີຄວາມສະດວກສະບາຍໂດຍມີຄວາມສະດວກໃນການຕອບສະຫນອງກະແສໄຟຟ້າ (DFB) laser. ການພົວພັນລະຫວ່າງສັນຍານພາບຖ່າຍ (ສັນຍານ PA) ແລະພະລັງງານເລເຊີ, ແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງແອດໄຊນີນໄດ້ຖືກວິເຄາະຢ່າງເລິກເຊິ່ງ. ໂດຍວິທີການໂມດູນເລເຊີ laser diode, ລະດັບຄວາມຄົມຊັດ acacetylene ທີ່ມີຄວາມລະອຽດສູງປະມານ 1.5 ມິນລິເມດໃນແຖບທີ່ມີຄວາມຍາວສູງສຸດຂອງອິນຟາເຣດໃກ້ແມ່ນການສືບສວນ. ອີງຕາມການຟື້ນຕົວຂອງມົນທົນນ້ອຍໆ, ວິທີການໃຫມ່ຂອງການວິເຄາະປະລິມານພາບຖ່າຍໄດ້ຖືກສະເຫນີ, ຊຶ່ງສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບເນື່ອງຈາກຄວາມຜິດພາດຂອງເຊນຄົງ, ການດູດຊຶມກ໊າຊ, ພະລັງງານເລເຊີແລະຕົວກໍານົດອື່ນໆ. ຜົນໄດ້ຮັບທາງທິດສະດີແລະການທົດລອງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າມັນສາມາດດໍາເນີນການຕິດຕາມກວດກາອອນໄລຂອງສາຍແອວທຽມແລະການອອກແບບ spectrometer ທີ່ມີຄວາມລະອຽດທີ່ມີຄວາມລະອຽດສູງ.

  2 EXPERIMENTAL SETUP

  ຮູບສະແດງ 1 ສະແດງການທົດລອງທົດລອງອາຍແກັສ PAS.

  Laser diode DFB ທີ່ເຮັດໂດຍບໍລິສັດ NEL ໃນປະເທດຍີ່ປຸ່ນມີເສັ້ນຂອບແຄບ (2 MHz) ແລະມີຊີວິດຍາວດົນເຊິ່ງມີຄວາມຕ້ອງການໃນການອອກກໍາລັງກາຍແລະຕິດຕັ້ງ. ປະລິມານການປ່ອຍອາຍພິດ Laser ຂອງ DFB laser ແມ່ນຢູ່ໃນຮູບທີ່ 2, ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຍາວຂອງສູນກາງຂອງ 15209 nm. ເລເຊີ diode ແມ່ນດໍາເນີນໃນໂຫມດການແຜ່ກະຈາຍດຽວ, ຕາມລໍາດັບ, ບ່ອນທີ່ອຸນຫະພູມແລະການສີດໃນປັດຈຸບັນຖືກຄວບຄຸມໂດຍຕົວຄວບຄຸມເລເຊີເພື່ອປັບລະດັບຄວາມຍາວຂອງການປ່ອຍອາຍພິດ. ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງລົບກວນສຽງທີ່ເກີດຈາກການດູດເອົາກໍາແພງ, collimator ກໍ່ຖືກຕິດຕັ້ງຢູ່ປາຍຂອງເລເຊີດັ່ງນັ້ນເສັ້ນໂຄ້ງຂອງມັນສອດຄ່ອງກັບແກນຂອງ cella photoacoustic (PA cell) ທີ່ສະແດງໃນຮູບທີ່ 1. ເຄື່ອງຕັດເຄື່ອງກົນ SR540 ເພື່ອບັນລຸການປະຕິບັດທີ່ຫມັ້ນຄົງ. ໄມໂຄໂຟນ EK-3024 ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຮັບສັນຍານ PA ທີ່ມີຄວາມລະອຽດ 22 mU / Pa. ສັນຍານ PA ໄດ້ຖືກກໍານົດໂດຍການນໍາໃຊ້ລະບົບສັ່ນສະເທືອນ SR830.

ຫ້ອງ PA ແມ່ນເຮັດດ້ວຍທອງເຫຼືອງ. ມັນປະກອບມີຫ້າຊິ້ນສ່ວນ: ສອງປ່ອງສີຂີ້ເຖົ່າ, ສອງບັຟເຟີທີ່ໃຊ້ເພື່ອແຍກຄວາມສຽງເບື້ອງພື້ນຖານທີ່ເກີດຈາກການດູດຊຶມຂອງປ່ອງຢ້ຽມແລະເປັນສູນກາງທໍ່ກົມ 5 ມມແລະ 100 ມມຍາວທີ່ຖືກອອກແບບມາໃນໂຫມດແບບຍືດຫຍຸ່ນຕາມລໍາວົງຫນຶ່ງຊ້ໍາ, ໃນຮູບທີ 3. ໃນຖານະທີ່ແສງສະຫວ່າງຂອງແສງສະຫວ່າງໄດ້ຖືກກັ່ນຕອງ, ຫນ້າຕ່າງ Brewster ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງລົບກວນທີ່ເກີດຈາກປ່ອງຢ້ຽມແລະໄຟຟ້າທີ່ກໍາແພງ.

  ດັ່ງນັ້ນຄວາມເຂັ້ມຂອງແສງສະຫວ່າງທີ່ເກີດຂຶ້ນສາມາດເພີ່ມຂື້ນໃນລະດັບໃດຫນຶ່ງ.

  3RESULTS AND DISCUSSION

  3.1Photoacoustic cell parameters

  ການຜະລິດສັນຍານ PA ແມ່ນຂະບວນການປ່ຽນແປງພະລັງງານທີ່ສະລັບສັບຊ້ອນເຊິ່ງປະກອບດ້ວຍຄວາມສະຫວ່າງ, ຄວາມຮ້ອນແລະສຽງ. ການສະແດງອອກຂອງສັນຍານ PA gas ສາມາດມາຈາກກົດຫມາຍຂອງ fl uid ແລະ thermodynamics [11]. ສະມະການ (1) ເປັນສູດພື້ນຖານໃນການກວດຫາກ໊າຊ PAS [12]. ສັນຍານ PA, SPA ແມ່ນມີອັດຕາສ່ວນເທົ່າກັບ

ຮູບພາບ 1 ການຕິດຕັ້ງທົດສອບ PAS.

ຮູບພາບ 2 ປະລິມານການປ່ອຍອາຍພິດຂອງ laser diode laser.

ຮູບທີ 3 ຮູບແຕ້ມລວງຍາວຂອງຫ້ອງ PA.

ໄຟຟ້າພະລັງງານໄຟ P0, ແລະຄວາມກັງວົນໃນການດູດຊຶມກ໊າຊ [13]. ເຊນ Ccell ຄົງຈະປ່ຽນແປງຈາກພະລັງງານແສງສະຫວ່າງທີ່ດູດຊຶມຈາກອາຍແກັສໃຫ້ພະລັງງານສຽງໃນລະບົບ PAS.

  ຄວາມຖີ່ຂອງການ resonance (f), ປັດໄຈທີ່ມີຄຸນນະພາບແລະຈໍານວນເຊນຂອງ cell ແມ່ນເອີ້ນວ່າພາລາມິເຕີຂອງເຊນ PA. ໃນວິທີການປະຕິບັດຕາມແນວທາງຍາວຫນຶ່ງມິຕິ, ໃນສະມະການຂ້າງເທິງ, y ແມ່ນຄວາມໄວສຽງໃນກາງ, Rc ແລະ Lc ແມ່ນ radius resonator ແລະຄວາມຍາວ, dv ແລະ dh ແມ່ນຂອບເຂດຊາຍແດນແລະຄວາມຫນາຂອງຂອບເຂດຄວາມຮ້ອນ, g ແມ່ນອັດຕາສ່ວນຄວາມຮ້ອນທີ່ລະບຸຂອງກ໊າຊ, Q ແມ່ນປັດໄຈທີ່ມີຄຸນນະພາບ, Vc ແມ່ນປະລິມານສຽງ, v ແມ່ນຄວາມຖີ່ຂອງການສະທ້ອນສຽງ, pj (rM, v) ແມ່ນມູນຄ່າຂອງໂຫມດສຽງແບບປົກກະຕິຢູ່ທີ່ຕໍາແຫນ່ງ rM ຂອງ microphone, Ij ແມ່ນການເຊື່ອມໂຍງກັນລະຫວ່າງການແຜ່ກະຈາຍຂອງເລເຊີເລເຊີແລະຮູບແບບສຽງຂອງອົກ.

  Leff ແມ່ນໄລຍະທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງສຽງແລະມັນແຕກຕ່າງຈາກຄວາມຍາວຂອງຄວາມຍາວ geometrical Lc ໂດຍປັດໄຈການແກ້ໄຂເນື່ອງຈາກຜົນກະທົບເຂດແດນຢູ່ທີ່ລໍາດັບສຽງ [14].

  ຄວາມໄວການແຜ່ກະຈາຍສຽງໃນໄນໂຕຣເຈນທີ່ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ 20 8C ແມ່ນປະມານ 3492 ມ / ວິນາທີ. ດັ່ງນັ້ນ, ມູນຄ່າທິດສະດີຂອງຄວາມຖີ່ຂອງຄວາມຍາວຂອງລໍາດັບຄວາມຍາວຂອງລໍາດັບທໍາອິດສາມາດຖືກຄິດໄລ່ເປັນ 1609 Hz ສໍາລັບຫ້ອງການ PA ທີ່ຖືກອອກແບບນີ້ໂດຍອີງໃສ່ Eq. (2) ໃນຂະບວນການຂອງການປະຕິບັດຫ້ອງການ PA ຕົວຈິງ, ຄວາມຜິດພາດໃນການວັດແທກສາມາດນໍາສະເຫນີຕໍ່ໂຄງສ້າງ. ຄວາມໄວສຽງຍັງສາມາດໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກອຸນຫະພູມ, ຄວາມຊຸ່ມຊື່ນແລະປັດໃຈອື່ນໆ. ດັ່ງນັ້ນ, ມັນເປັນສິ່ງຈໍາເປັນເພື່ອ calibrate ຄວາມຖີ່ຂອງ resonance ນໍາໃຊ້ວິທີການທົດລອງ. ພະລັງງານຜົນຜະລິດ laser ແມ່ນຮັກສາໄວ້ຢູ່ທີ່ 137 mW ດ້ວຍ

ຮູບສີ່ຫລ່ຽມຕອບສະຫນອງຄວາມຖີ່ຂອງຫ້ອງ PA.

ຄວາມຍາວຂອງຄວາມຍາວຂອງຮັງສີຂອງ 15209 nm ສໍາລັບການປັບທຽບໄດ້. ລະດັບ C2H2 ມາດຕະຖານແມ່ນ 100 ມລ / ລິດໃນຫ້ອງ PA. ພວກເຮົາໄດ້ປັບຄວາມຖີ່ຂອງການຕັດອອກຈາກ 500 ຫາ 2300 Hz ຢ່າງຊ້າໆ, ແລະບັນທຶກການປ່ຽນແປງສັນຍານສຽງ. ເສັ້ນໂຄ້ງການຕອບສະຫນອງຄວາມຖີ່ນີ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຮູບທີ່ 4 ຮູບທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າເມື່ອຄວາມຖີ່ຂອງການປຽບທຽບມີຄວາມໃກ້ຊິດກັບຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງສຽງ, ຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງສັນຍານ PA. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າຄື້ນຟອງສຽງໃນຫ້ອງ PA ມີຢູ່ໃນລໍາດັບທໍາອິດຂອງລໍາໂພງຕາມລໍາດັບ. ຄວາມຖີ່ຂອງການປະຕິບັດການທົດລອງແມ່ນ 1442 Hz ຕາມທີ່ສະແດງໃນຮູບທີ່ 4.

  ປັດໄຈທີ່ມີຄຸນນະພາບ Q ເປັນພາລາມິເຕີທີ່ສໍາຄັນຂອງການປະຕິບັດງານຂອງຫ້ອງປະຕິບັດການ PA, ຊຶ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດການສູນເສຍໃນການແຜ່ກະຈາຍຂອງຄື້ນສຽງ. ຄ່າທາງທິດສະດີຂອງປັດໄຈທີ່ມີຄຸນນະພາບສາມາດໄດ້ຮັບຈາກ Eq. (3) ເປັນ Q ² 6.2. ອີງຕາມເສັ້ນໂຄ້ງຕອບສະຫນອງຄວາມຖີ່, ມູນຄ່າຕົວຈິງ Q ຖືກສົ່ງໂດຍ Ref. [15]:

  ບ່ອນທີ່ f ແລະ Df ແມ່ນຄວາມຖີ່ຂອງ resonance ແລະມູນຄ່າ half-width ຂອງຜົນປະໂຫຍດຂອງ resonance.

  ປະຕິກິລິຍາຂອງໂປຣແກຣມອອບຟິສໄດ້ຖືກກໍານົດໂດຍການແຜ່ກະຈາຍ Lorentzian, ເພື່ອສະກັດກໍາໄລ Q factor ¼ 42.01 ແລະຄວາມຖີ່ຂອງ resonance ຂອງ cellular PA longitudinal ¼ 1442 Hz. ຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງຄ່າທົດລອງ Q ແລະມູນຄ່າທາງທິດສະດີສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນເນື່ອງຈາກຄວາມຈິງທີ່ວ່າຄຸນນະພາບຂອງຫນ້າດິນພາຍໃນຂອງສຽງຂອງພວກເຮົາບໍ່ເຫມາະສົມ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ການສູນເສຍພະລັງງານສຽງດີຂຶ້ນ.

  ເຊນ Ccell ຄົງທີ່ແມ່ນພື້ນຖານແລະພື້ນຖານຂອງການຄິດໄລ່ສັນຍານ PA ແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງອາຍແກັສ. ສໍາລັບຫ້ອງ PA ຂອງພວກເຮົາ, ດ້ວຍ N2 ເປັນກ໊າຊພື້ນຖານ, ມູນຄ່າທາງທິດສະດີຂອງ Ccell ຂອງ 3999 Pa · cm / W ແມ່ນໄດ້ມາຕາມ Eq. (4) ໂດຍທົ່ວໄປ, ຄຸນຄ່າທາງທິດສະດີແລະຈິງຂອງ Ccell ບໍ່ກົງກັນ. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າການຄິດໄລ່ແມ່ນອີງໃສ່ dv, dh, Q, ແລະອື່ນໆ, ເຊິ່ງໄດ້ຖືກເຫມາະສົມແລະປະມານ, ແລະຍັງຖືກຈໍາກັດໂດຍຄຸນນະພາບຂອງຫ້ອງ PA. ຄົງທີ່ຂອງຫ້ອງທົດລອງສາມາດນໍາມາຈາກ Eq. (1) ໂດຍການວັດແທກສັນຍານ PA ທີ່ໄດ້ຮັບໃນເງື່ອນໄຂທີ່ຄວບຄຸມໄດ້ດີ, ເຊັ່ນ: ມີເອທິລີນທີ່ຖືກຮັບຮູ້ຈາກການດູດຊຶມທີ່ຮູ້ຈັກກັນ (¼ 3:04 × 10 一 5 = cm = MPa) ແລະໂດຍການວັດແທກພະລັງງານ laser P0 (13.7 mW) ລະດັບສຽງເບື້ອງຕົ້ນໂດຍສະເລ່ຍແມ່ນ 3.2 mU ທີ່ມີ N2 ທີ່ບໍລິສຸດໃນຫ້ອງ PA. ຮູບທີ 5 ສະແດງໃຫ້ເຫັນສັນຍານ PA ທີ່ບັນທຶກສໍາລັບ 100 ມລ / ລິດຂອງ C2H4 buffered ໃນ N2 ແລະສັນຍານ PA ທີ່ບັນທຶກສໍາລັບ cell ນີ້ແມ່ນ 2248 mU. ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ການທົດລອງ Ccell ສາມາດໄດ້ຮັບໂດຍ Eq. (1) ເປັນ

ຮູບທີ່ 5 ການປັບທຽບເຊນຄົງທີ່

  3.2.Photoacoustic spectroscopy ໃນແຖບ overtone ທໍາອິດ

  spectroscopy molecular ແມ່ນວິທີການທີ່ສໍາຄັນໃນການສຶກສາໂຄງປະກອບພາຍໃນຂອງໂມເລນແລະກວດສອບທິດສະດີ spectral. ໂດຍມີວິທີການດຶງດູດຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ C2H2 ຢູ່ໃກ້ກັບ 1.5 ມມ, ໂດຍວິທີ Diode Laser DFB ທີ່ມີລັກສະນະຂອງເສັ້ນສາຍແຄບແລະການປັບຄວາມຍາວໃນລະດັບຄວາມຮ້ອນໃນຫ້ອງຂອງ 26 8C ແລະ 0.1 MPa.

ການທົດລອງ PA ປະມານທົດລອງຂອງ C2H2 ຢູ່ທີ່ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນ 99,78 ml / l ແມ່ນໄດ້ຮັບຢູ່ໃນສະພາບທີ່ຄວບຄຸມໄດ້ດີ, ຄືກັບການສີດເຂົ້າ laser ຂອງ 60 mA ແລະອຸນຫະພູມໃນລະດັບ 20-31.5 8C ໃນຂັ້ນຕອນການສະແກນ 0.05 8C ທີ່ຢູ່ ສະແດງໃນຮູບທີ 6a, ສາຍທໍ່ດູດສອງຂອງ C2H2 ໃນຊ່ວງທໍາອິດຂອງຮັງສີໃກ້ຄຽງແມ່ນຫມາຍຄວາມວ່າ R (4) ແລະ R (5) ຕາມລໍາດັບ. ຄວາມຍາວຂອງສັນຍານຂອງເລເຊີເລເຊີທີ່ຖືກຕ້ອງຖືກວັດໂດຍ spectrometer ເປັນ 1520.58 ແລະ 1520.08 nm. spectra ການດູດຊຶມທີ່ຖືກຄິດໄລ່ຈາກຖານຂໍ້ມູນ HITRAN2004 [17] ແລະວິທີການປະສົມປະສານເສັ້ນໂດຍໃຊ້ເສັ້ນ [18] ໄດ້ຖືກສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ່ 6b ສໍາລັບຈຸດປະສົງຂອງການປຽບທຽບ. ເສັ້ນສູນກາງຂອງໄລຍະເວລາຂອງການດູດຊືມແມ່ນ 1520.57 nm (6576.48 / cm) ແລະ 152.09 nm (65786 / cm). ຜົນໄດ້ຮັບສະແດງໃຫ້ເຫັນການຕົກລົງທີ່ດີລະຫວ່າງທິດສະດີແລະ spectra ທົດລອງ.

  3.3 ຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງພະລັງງານເລເຊີແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງອາເຊຕິນ

  ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນມາດຕະຖານຂອງ 810 ມລ / ລິດຂອງ C2H2 ໄດ້ຖືກສັກເຂົ້າໄປໃນຫ້ອງ PA ຢ່າງຊ້າໆ. ຄວາມຖີ່ຂອງການຕັດຢູ່ທີ່ 1442 Hz ຫມາຍເຖິງຄວາມຖີ່ຂອງຄວາມຍາວຂອງລໍາດັບຄວາມຍາວຂອງລໍາດັບທີ່ຖືກວັດແທກຖືກຄວບຄຸມແລະຮັກສາໄວ້. ການຕອບສະຫນອງຂອງເຊັນເຊີກັບລະດັບພະລັງງານ laser ຕ່າງໆໄດ້ຖືກວັດແທກໂດຍການປັບຄວາມດັນ DFB (ເບິ່ງຮູບພາບ 7). ມັນໄດ້ຖືກລະບຸໄວ້ວ່າເມື່ອການຄວບຄຸມພະລັງງານຜົນຜະລິດ, ຄວາມຍາວຂອງຮັງສີເລເຊີຈະເລີ້ມອອກຈາກເສັ້ນການດູດຊຶມລັກສະນະ 1520.09 nm ຂອງ C2H2. ເພາະສະນັ້ນ, ການ calibration ຂອງໄລຍະເບື້ອງຊ້າຍຂອງ radiation laser ແມ່ນມີຄວາມຈໍາເປັນ. calibration ຕໍ່ໄປນີ້

ຮູບພາບ 6 ຄວາມກວ້າງຂອງ Photoacoustic ແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການດູດຊຽມ spectrum infrared ຂອງ C2H2.

ຮູບພາບ 7 ສັນຍານ PA ທຽບກັບພະລັງງານເລເຊີຂອງ C2H2.

ວິທີການສາມາດນໍາໃຊ້ໄດ້. ກໍານົດພະລັງງານຜົນຜະລິດໃຫ້ກັບມູນຄ່າທີ່ຄາດໄວ້ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນບໍ່ສາມາດປັບອຸນຫະພູມເລເຊີໄດ້. ໃນເວລາທີ່ສັນຍານ PA ເຂົ້າເຖິງສູງສຸດຂອງມັນ, ພວກເຮົາສາມາດສະຫຼຸບວ່າໄລຍະຍາວຂອງເລເຊີໄດ້ຖືກປັບໃຫ້ກັບ 15209 nm.

  ໃນຮູບທີ 7, ສາຍສັນຍານທີ່ດີ (ຄວາມດີຂອງ R2 ¼ 09987) ຂອງສັນຍານ PA ລະຫວ່າງ 3 ແລະ 14 ມິນລິລິດຂອງພະລັງງານຜົນຜະລິດເລເຊີໄດ້ບັນລຸໄດ້. ນີ້ແມ່ນສອດຄ່ອງກັບ Eq. (1) ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມສໍາພັນຂອງສາຍສັນຍານ PA ທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມແຂງຂອງເລເຊີ. ຜົນກະທົບຂອງ PA ໃນອາຍແກັສແມ່ນພະລັງງານຮັງສີທີ່ດູດຊຶມຂອງໂມເລກຸນທີ່ຕື່ນເຕັ້ນທີ່ຖືກປ່ຽນແປງໄປສູ່ຄວາມຮ້ອນໂດຍຜ່ານການປ່ຽນແປງທີ່ບໍ່ມີການປ່ຽນແປງ. ໃນເວລາທີ່ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງອາຍແກັສຖືກກໍານົດແລະຈໍານວນໂມເລກຸນຂອງອາຍແກັສທີ່ຫນ້າຕື່ນເຕັ້ນແມ່ນຈໍາກັດ, ພະລັງງານຜົນຜະລິດເລເຊີເພີ່ມຂຶ້ນເປັນມູນຄ່າຈຸດປະສົງ, ນອກເຫນືອຈາກສັນຍານ PA ບໍ່ສົມທຽບກັບພະລັງງານແລະເຮັດໃຫ້ມີການອີ່ມຕົວ.

ການວັດແທກຂອງການຕອບສະຫນອງຂອງເຊັນເຊີກັບຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງແອດໄຊນີນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (ຮູບ 8) ໄດ້ຖືກເຮັດດ້ວຍໄນໂຕຣເຈນທີ່ບໍລິສຸດເປັນກ໊າຊທີ່ນໍາໃຊ້. ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງອາຍແກັສຕ່າງໆໄດ້ຮັບຜົນປະໂຫຍດໂດຍນໍາໃຊ້ລະບົບການແຈກຢາຍແກ໊ດທີ່ຄວບຄຸມໂດຍຄອມພິວເຕີໂດຍອັດ ເຊັນເຊີໄດ້ຖືກປະຕິບັດຢູ່ໃນເງື່ອນໄຂທີ່ດີທີ່ສຸດຄືຄວາມກົດດັນບັນຍາກາດຂອງ 0.1 MPa, ໃນປະຈຸບັນມີ laser 45.30 mA ແລະພະລັງງານຂອງ 13.7 mW, ຄວາມຍາວຂອງຄວາມຍາວຂອງ 15209 nm, ແລະໃນຄວາມຖີ່ຂອງການປຽບທຽບກັບຄວາມຖີ່ຂອງ resonance ຂອງ cell, ເຊິ່ງປະມານ 1442 Hz.

  ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ຢ່າງຊັດເຈນວ່າສາຍເສັ້ນທີ່ດີ (R2 ¼ 0.9971) ຂອງຄວາມເຂັ້ມຂອງສັນຍານ PA ທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ C2H2 ໄດ້ຮັບຄວາມສໍາເລັດ. ມັນສອດຄ່ອງກັບ Eq. (1) ເຊັ່ນດຽວກັນເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງສາຍພົວພັນຂອງສັນຍານ PA ທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກາກບອນ C2H2, ສະແດງໃນຮູບທີ່ 8.

  4 ການວິເຄາະທີ່ສົມເຫດສົມຜົນຂອງການສະທ້ອນແສງສະຫວ່າງຂອງແສງສະຫວ່າງຂອງ ACETYLENE GAS PHOTOACOUSTIC

  ເຕັກໂນໂລຍີການກວດຫາອາຍແກັສ PAS ມີເປົ້າຫມາຍທີ່ຈະນໍາໃຊ້ສັນຍານ PA ຂອງວັດແທກກ໊າຊສໍາລັບການວິເຄາະປະລິມານ. ພວກເຮົາໄດ້ສະເຫນີວິທີການໃຫມ່ຂອງການວິເຄາະປະລິມານກ໊າຊ PAS ໂດຍອີງໃສ່ລະບົບການທົດລອງຂອງພວກເຮົາ, ຄືການນໍາໃຊ້ວິທີການກະຕຸ້ນຢ່າງຫນ້ອຍຮຽບຮ້ອຍ [19] ສໍາລັບເສັ້ນສາຍສັນຍານ PA ຂອງແກ໊ດດຽວທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນທີ່ຮູ້ຈັກ. ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງອາຍແກັສສາມາດໄດ້ຮັບຈາກຄວາມເຂັ້ມຂອງສັນຍານ PA

Figure 8 PA signal versus concentration C2H2

ຮູບພາບ 9 ການວິເຄາະການກະຕຸ້ນຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ C2H2 ແລະສັນຍານ PA ໂດຍອີງຕາມວິທີການຫນ້ອຍທີ່ສຸດ.

ອີງຕາມແຜນທີ່ຖືກສ້າງຂຶ້ນ. ວິທີການນີ້ສາມາດແກ້ໄຂບັນຫາຂອງການວິເຄາະປະລິມານພື້ນເມືອງທີ່ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຂໍ້ມູນກ່ຽວກັບການຄົງຕົວຂອງເຊນ, ການດູດຊຶມຂອງກ໊າຊແລະພະລັງງານເລເຊີ, ແລະຫຼີກລ້ຽງຂໍ້ຜິດພາດທີ່ນໍາໃຊ້ໂດຍຕົວກໍານົດເຫຼົ່ານີ້.

  ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ C2H2 ຈາກ 1 ຫາ 1000 ມິນລິລິດ / ລິດໄດ້ຖືກວິເຄາະໂດຍອຸປະກອນທົດລອງຂອງພວກເຮົາເພື່ອສ້າງຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງຄວາມເຂັ້ມຂອງສັນຍານ PA ແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກ໊າຊ. ການວັດແທກໄດ້ຖືກຜະລິດດ້ວຍແກ໊ດໂດຍຜ່ານຫ້ອງ PA ຢ່າງຊ້າໆເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການຮົ່ວໄຫລຂອງກ໊າຊທີ່ເກີດຈາກຄວາມເຄັ່ງຕຶງທາງອາກາດທີ່ບໍ່ດີຂອງຫ້ອງ PA ແລະໃຊ້ວິທີການຫຼາຍຄັ້ງເພື່ອວັດແທກຄວາມລົບກວນຂອງລະບົບທີ່ເກີດຈາກຄວາມຜິດພາດໃນການວັດ. ຮູບທີ 9 ສະແດງໃຫ້ເຫັນການຕອບສະຫນອງຕໍ່ເລເຊີທີ່ດີກັບຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ C2H2 ໃນລະດັບຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ.

  ຜົນໄດ້ຮັບຂອງເສັ້ນໂຄ້ງໂດຍໃຊ້ວິທີການກະຕຸ້ນຕາມຮອຍເລັກນ້ອຍແມ່ນ:

  ອີງຕາມການວິເຄາະທີ່ຜ່ານມາ, ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ C2H2 ໃນປະສົມອາຍແກັສສາມາດໄດ້ຮັບໂດຍອີງໃສ່ Eq. (7) ເພື່ອກວດສອບລະດັບຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງວິທີການນີ້, ຜົນຂອງການປຽບທຽບຂອງ C2H2 ຕ່າງໆໃນການປະສົມປະສານອາຍແກັສທີ່ຖືກວັດແທກໂດຍ PAS ແລະດ້ວຍ Chromatography ອາຍແກັສ (GC) ແມ່ນຢູ່ໃນຕາຕະລາງ I. ການບ່ຽງເບນ e ແມ່ນອັດຕາສ່ວນຂອງຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງ ມູນຄ່າການຊອກຫາ PAS CPAS ແລະ GC ມູນຄ່າ CGC ກວ່າ CGC.

  ເມື່ອປຽບທຽບກັບຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ C2H2 ທີ່ຖືກວັດແທກໂດຍ PAS ແລະ GC, ພວກເຮົາສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງພວກມັນແມ່ນບໍ່ມີຂະຫນາດນ້ອຍ, ເຊັ່ນ: ບໍ່ມີ > 4.2%. ຜົນຂອງການກວດພົບກ໊າຊທໍາມະດາດຽວໃນຮູບທີ່ 9 ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສັນຍານ PA ມີສາຍພົວພັນແບບເສັ້ນກົງກັບຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ C2H2 ເມື່ອຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຕໍ່າກວ່າ 0.1%.

  ພາລາມິເຕີທີ່ຈໍາເປັນສໍາລັບການກວດສອບການຕິດຕາມກ໊າຊແມ່ນຄວາມອ່ອນໄຫວທີ່ບັນລຸໄດ້ໂດຍລະບົບທີ່ໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກສຽງລະບົບ. ມັນຖືກກໍານົດໂດຍອັດຕາສ່ວນສັນຍານຕໍ່ສຽງ (SNR) ຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກ໊າຊທີ່ຮູ້ຈັກ [20]:

ຕາຕະລາງ I. ການປຽບທຽບຜົນໄດ້ຮັບທີ່ກໍານົດໂດຍ GC ແລະ spectacometric photosacoustic.

  ບ່ອນທີ່ cmin ແມ່ນຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງລະບົບ, c ແມ່ນຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງກ໊າຊທີ່ຮູ້ຈັກ. ໃນເວລາທີ່ພະລັງງານຜົນຜະລິດ laser ແມ່ນ 13.7 ມມແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ C2H2 ແມ່ນ 100 ມລ / ລິດ, ລະດັບສຽງຂອງລະບົບແມ່ນ 1.5 mU. ສັນຍານ PA ໃນຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນສໍາລັບຈຸລັງນີ້ແມ່ນ 89.24 mU. SNR ແມ່ນ 5949, ດັ່ງນັ້ນຂອບເຂດການຊອກຄົ້ນຫາຕໍາ່ສຸດຫຼື cmin ຢູ່ 100 ມລ / ລິດສໍາລັບ SNR ຂອງ 1 ແມ່ນ 1.68 ມລ / ລິດ. ຄວາມອ່ອນໄຫວນີ້ສາມາດປັບປຸງໄດ້ໂດຍການເພີ່ມພະລັງງານເລເຊີຫຼືຫຼຸດຜ່ອນສິ່ງລົບກວນພື້ນຖານ. ມັນສາມາດບັນລຸລະດັບການກວດພົບຂ້າງລຸ່ມ 1 ມລ / ລິດ.

  5CONCLUSION

  (1) ການທົດລອງແບບທົດລອງແບບມືຖືແລະ tunable ດ້ວຍ DFB diode laser ໄດ້ຖືກພັດທະນາໃນເອກະສານນີ້. ຄວາມຖີ່ຂອງການ resonance, ປັດໄຈທີ່ມີຄຸນນະພາບແລະຈໍານວນເຊນຂອງຫ້ອງ PA ໄດ້ຖືກວິເຄາະແບບທົດລອງ, ຊຶ່ງສາມາດສະຫນອງການອ້າງອີງສໍາລັບການອອກແບບ spectrometer ທີ່ມີສັນຍາລັກທີ່ມີຄວາມລະອຽດສູງ.

(2) ໂດຍວິທີການ diode laser DFB ທີ່ມີລັກສະນະຂອງສາຍເສັ້ນແຄບແລະການປັບລະດັບຄວາມຍາວຂອງສາຍສັນຍານ PA, spectral PA ຂອງ C2H2 ໃນລະດັບຄວາມໄວສູງສຸດໃກ້ກັບ 1.5 ມມໄດ້ຖືກກວດສອບຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງ 26 8C ແລະ 0.1 MPa. ຜົນໄດ້ຮັບສະແດງໃຫ້ເຫັນຂໍ້ຕົກລົງທີ່ດີກັບ spectra ການດູດຊຶມທີ່ຄິດໄລ່ຈາກຖານຂໍ້ມູນ HITRAN2004.

  (3) ກົດຫມາຍວ່າສັນຍານ PA ມີຄວາມແຕກຕ່າງກັບພະລັງງານເລເຊີແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງແອດໄຊນີນໄດ້ຖືກປຶກສາຫາລື. ສາຍຂອງສັນຍານ PA ທີ່ມີພະລັງງານເລເຊີແລະຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງກ໊າຊໄດ້ບັນລຸໄດ້ໃນເວລາທີ່ບໍ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງພະລັງງານ.

  (4) ວິທີການຂອງການວິເຄາະປະລິມາດພາບຖ່າຍພາບທີ່ໄດ້ຖືກມອບໃຫ້ໃນກະດາດໂດຍອີງໃສ່ການຟື້ນຕົວຂອງມົນທົນຫນ້ອຍ. ຜົນການປຽບທຽບລະຫວ່າງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນ C2H2 ທີ່ຖືກກໍານົດໂດຍ PAS ແລະ GC ໂດຍສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຄວາມແຕກຕ່າງແມ່ນ < 4.2%.

  ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ວິທີນີ້ສາມາດຊົດເຊີຍຂໍ້ຜິດພາດຕ່າງໆທີ່ນໍາສະເຫນີໂດຍຄວາມຄົງທີ່ຂອງເຊນ, ລະບົບການດູດຊຶມຂອງກ໊າຊແລະພະລັງງານເລເຊີ. ວິທີທີ່ສະເຫນີແມ່ນສາມາດຕອບສະຫນອງຄວາມຕ້ອງການຂອງການຕິດຕາມກວດກາ C2H2 ທີ່ມີນໍ້າໃນນໍ້າ.

  6. ລາຍຊື່ຂອງນິຕະຍະສານແລະຄໍາອະທິບາຍ

a ຄວາມກັງວົນໃນການດູດຊຶມກ໊າຊ

c ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງກ໊າຊທີ່ຮູ້

Ccell cell constant

CGC ມູນຄ່າ GC

cmin ຄວາມອ່ອນໄຫວຂອງລະບົບ

CPAS PAS detection value

DFB ການແຈງຄໍາຕອບ

edeviation

fresonance frequency

GC chromatography ກ໊າຊ

Ij ການຊຸກຍູ້ການເຊື່ອມໂຍງລະຫວ່າງການແຈກແຈງເລເຊີເລເຊີແລະຮູບແບບສຽງຂອງຂຸມ

Lc resonator length

Leff ຄວາມຍາວປະສິດທິຜົນຂອງສຽງສະທ້ອນ

P0 ເຫດຜົນ laser ເຄື່ອງສັນຍານ PA signalacoustic signal PA cell cell photosacoustic

PAS photoacoustic spectroscopy

pj (rM, v) ຄ່າຂອງໂຫມດສຽງແບບປົກກະຕິຢູ່ທີ່ຕໍາແຫນ່ງ rM ຂອງ microphone Q ປັດໄຈທີ່ມີຄຸນນະພາບ

Rc radius resonator

SPA PA signal

SNR ອັດຕາສ່ວນສັນຍານກັບສຽງ

Vc ປະລິມານສຽງສຽງ

y ຄວາມໄວສຽງໃນກາງ

dv viscous boundary layer

dh ຄວາມຫນາ layer ຊາຍແດນຄວາມຮ້ອນ

g ອັດຕາສ່ວນຄວາມຮ້ອນຂອງອາຍແກັສ

v angular resonse frequency

Df ມູນຄ່າເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງມູນຄ່າຂອງຮອນດ໌