基于LabVIEW的光声光谱检测系统的研究

论文摘要

光声光谱(photoacoustic spectroscopy, PAS)是一种基于物质的光声效应发展而来的光谱技术。该技术具有灵敏度高、无破坏性、适应性广等优点,尤其对传统光谱难于处理的高散射、高反射、不透明的物质,更显示出其独特的优势,因而在气体成分分析、环境监测、生物医学、材料科学等领域已展现出其广阔的应用前景。本文首先回顾了光声光谱检测技术的发展历程及现状。介绍了RG理论：以一个圆柱形光声腔为讨论模型,分析了光声信号的产生机理,导出了光声信号的一般表达式,并针对几种特殊情况做了讨论。然后,引入虚拟仪器技术思想,设计了一套基于LabVIEW的光声光谱检测系统。论文在提出系统设计思想的基础上,介绍了系统硬件平台的框架,详细描述了前置放大器的设计；介绍了系统软件的设计,对软件主操作界面和几个关键模块的设计都进行了详细介绍。最后介绍了系统的整体调试,用对波长响应平坦的激光功率能量计测得光源的功率谱,用设计的系统检测了碳黑样品的光声光谱,并将光源的功率谱和碳黑样品的光声光谱做了对比；用系统测量了Er203的光声光谱,并将它与Er203的标准谱线进行比较,然后根据所测得的特征峰对设计的系统进行定标。系统实现了测量工作的高度自动化,检测效率高。系统软件操作界面友好,用户可通过计算机实现仪器控制、实验参数设置、数据自动采集和处理,以及动态监控实验过程和实时显示实验结果。实验结果表明,该系统精度高,可信度好。本研究的创新主要体现在以下两个方面的工作中：1.搭建了光声光谱检测系统的硬件平台。该平台结构紧凑,成本低。2.运用LabVIEW编写了检测系统的应用软件。软件设计体现了模块化设计思想,特别是主Ⅵ中应用事件驱动编程结构,使计算机执行效率高,有利于系统功能的扩展。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 光声光谱检测技术理论的发展
• 1.3 光声光谱检测技术仪器装置的发展
• 1.3.1 光声光谱技术相关仪器的发展
• 1.3.2 典型的光声光谱检测装置
• 1.4 光声光谱技术的应用
• 1.4.1 气体分析和环境监测
• 1.4.2 光声光谱在生物医学领域中的应用
• 1.4.3 光声光谱技术在材料科学等领域中的应用
• 1.5 本文的研究意义及主要内容
• 第二章 固体光声效应的传声器检测理论
• 2.1 一维交变温度场
• 2.2 声的激发
• 2.3 前激发时几种特殊情况下的光声信号
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于LabVIEW的光声光谱检测系统的搭建
• 3.1 虚拟仪器概述
• 3.1.1 虚拟仪器
• 3.1.2 LabVIEW简介
• 3.2 系统总体设计思想及方案
• 3.3 系统硬件平台搭建
• 3.3.1 系统硬件构成
• 3.3.2 前置放大器设计
• 3.4 系统软件设计
• 3.4.1 系统程序功能模块及流程
• 3.4.2 系统软件主界面
• 3.4.3 系统软件主Ⅵ
• 3.4.4 单色仪控制模块
• 3.4.5 通讯接口设置子Ⅵ
• 3.4.6 扫描设置子Ⅵ
• 3.5 本章小结
• 第四章 实验及结果分析
• 4.1 系统调试
• 4.1.1 实验装置图
• 4.1.2 系统光路的调试
• 4.2 氙灯功率谱与碳黑的光声吸收谱
• 2O₃光声谱的测量及系统的定标'>4.3 Er₂O₃光声谱的测量及系统的定标
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 下一步工作设想
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢