摘 要：随着环境污染越来越严重，雾霾天气成为困扰人们生活的一个严重的大气环 境问题，经了解雾霾的主要成分是高浓度的大气气溶胶。大气气溶胶不仅对人们 的生活造成困扰，还严重侵扰着人们的健康。为了实时监测大气气溶胶，以便人 们在生活中对大气气溶胶进行防范，本次实验建立了一套基于光声光谱技术测量 大气的系统，并利用这套系统进行大气气溶胶的测量。搭建系统的主体是光声池， 在本次研究中的主要工作是对光声池设计与制造。在搭建完成基于光声光谱技术 检测大气系统后，实验首先用 532nm 的固体激光器作为光源，加方波进行振幅 调制，测定了光声池设计的合理性后，对三种不同浓度大气气溶胶含量的气体进 行检测出的光声信号强度比为 3.276:2.404:1。其次为探究所搭建系统的实用性， 改用 1620nm 的可调谐二极管激光器结合波长调制技术对乙烯进行检测，结果表 明系统对乙烯检测的准确度为 0.688%，探测极限为1.16 10-5 .所以实验结果都表 明了设计制造的光声池的合理性以及搭建的系统对不同大气成分探测有非常高 的应用价值。

该论文有图 23 幅，表 2 个，参考文献 35 篇。

关键词：光声光谱 大气气溶胶 光声池

Detection System Based on the Study of Atmospheric Photoacoustic Spectroscopy

Abstract：As environmental pollution is getting worse, hazy weather has become a severer atmospheric environmental problem. It is learned that the major component of fog and hazy is high concentrations of atmospheric aerosol. Atmospheric aerosol not only causes problems for people's lives, but also seriously affect people's health. In order to monitor atmospheric aerosols in real time, people can prevent atmospheric aerosols in their lives. This experiment establishes a system based on photoacoustic spectroscopy to measure atmospheric aerosol. The main purpose of this research is the design and making of photoacoustic cell, which is the main body of the system. After completion of the system, this experiment uses 532nm solid laser as the light and modulates amplitude with square wave. After the confirmation of the rationality of the cell, photoacoustic signal intensity of three atmospheric aerosols with different concentrations were detected by ratio of 3.276:2.404:1.

Moreover, this experiment also investigates the practicability of the system. 1620nm tenable diode laser was used to detect ethylene with the technology of wavelength modulation. The accuracy of the result is 0.688%. the limit of detection is 1.16×10-5.All experiment results indicates both the rational design of photoacoustic cell and system play an vital role in the detection of different  atmospheric components.

Key Words:Photoacoustic spectroscopy Atmospheric aerosol Photoacoustic cell

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

图清单 IV

表清单 IV

变量注释表 V

1 绪论 1

1.1 大气气溶胶 1

1.2 大气气溶胶的研究现状与前景 2

1.3 光声光谱技术 3

1.4 光声光谱检测原理 4

2 实验设计 6

2.1 实验系统的搭建 6

2.2 光声池的设计 7

3 实验仪器及设备 12

3.1 激光光源的选取 12

3.2 锁相放大器 12

3.3 驻极体微音器 13

3.4 传声器供电器 13

3.6 微型循环泵 15

4 系统对大气进行检测 16

4.1 激光功率稳定性测定 16

4.2 光声池共振频率的测定 17

4.3 大气气溶胶检测结果与分析 18

4.4 本系统对其他有害气体的检测应用 20

4.5 实验小结 23

5 总结与展望 24

参考文献 25

致谢 28

图清单

图序号 图名称 页码

图 1-1 图霾天气气象图 1

图 1-2 大气气溶胶的气候效应 2

图 1-3 能量转换过程 5

图 2-1 实验系统的装置原理图 6