一种纵向共振光声池谐振频率测量方法
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
通讯联系人。Ｅｍａｉｌ：ｒｊｌｕ＠ｓｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 收稿日期：２０１８０５２１；收到修改稿日期：２０１８０７１８
应的基础上发展起来的。在光声光谱技术提出的早 期，由于缺乏合适的光源和信号探测器，使得光声光谱 技术的研究停滞不前［１］。２０世纪 ６０年代以来，随着 激光器的出现、声传感技术和微弱信号检测技术的发 展，光声光谱技术得到了长足的发展。该技术具有操 作容易、抗干扰性强、检测灵敏度高、稳定性好、响应速 度快、成本低等特点，广泛用于大气环境监测、电力设 施故障在线检测、生命科学、临床医疗诊断等领域［２７］。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｍｅｔｒｏｌｏｇｙ；ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｒｅｓｏｎａｎｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｒｅｓｏｎａｎｔｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌ；ｏｐｔｉｍａｌｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌｉｓｏｎｅｏｆｉｔｓｋｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ ａｒｅｓｏｎａｎｔｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ａｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｗａｓｕｓｅｄｔｏｂｕｉｌｔａｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ ａｎｄａｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｔｈｅ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓｉｇｎａｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙｍｅｔｈｏｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｆｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｓｏｕｎｄｓｉｇｎａｌ，ｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄａｎｇｌｅｏｆｓｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ５ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆａｃｅｔｙｌｅｎｅ（Ｃ２Ｈ２）ｇａｓ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓｉｇｎａｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙｍｅｔｈｏｄｉｓ１．１Ｈｚ．Ｉｔｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈａｔ ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｂｏｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅ，ｆａｓｔ，ｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ．Ｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌ．
引 言
光声 光 谱 检 测 技 术 （ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ， ＰＡＳ）是在美国科学家 ＢＥＬＬ于 １８８０年发现的光声效
基金项目：军 委 装 备 部 领 域 基 金 资 助 项 目 （６１４０７２００３０ ２１６ＪＷ０６００１）
作者简介：杨 志 远 （１９９２），男，硕 士 研 究 生，现 主 要 从 事 光声光谱检测的研究。
摘要：为了快速准确测量共振光声池的谐振频率，采用基于共振声谱的光声池谐振频率测量法，搭建了光声光谱检 测系统和共振声谱检测系统。对影响测量准确性的因素进行了实验分析。在不同气体体积分数的情况下，分别采用共 振声谱法和光声信号强度标定法测量光声池的谐振频率。结果表明，共振声谱法测量的光声池共振频率与声信号激励 电压、声源传播距离及角度无关；在 ５种不同体积分数的乙炔气体条件下，所测得的光声池谐振频率与通过光声信号强 度法的结果最大偏差为 １．１Ｈｚ，可认为两种方法测量结果具有一致性。该方法简单快速、可靠和准确，可用于确定光声 池谐振频率。
关键词：测量与计量；光谱测量；共振声谱；光声光谱；共振光声池；最佳调制频率 中图分类号：ＴＮ２４７；Ｏ４３３．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０７５１０／ｊｇｊｓｉｓｓｎ１００１３８０６２０１９０３０１８
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｒｅｓｏｎａｎｔｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌｓ
第 ４３卷 第 ３期 ２０１９年 ５月
激 光 技 术 ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．３ Ｍａｙ，２０ຫໍສະໝຸດ Baidu９
文章编号：１００１３８０６（２０１９）０３０３８７０５
一种纵向共振光声池谐振频率测量方法
杨志远，卢荣军 ，王生春
（东南大学 仪器科学与工程学院 仪器科学与技术系，南京 ２１００９６）
ＹＡＮＧＺｈｉｙｕａｎ，ＬＵＲｏｎｇｊｕｎ，ＷＡＮＧＳｈｅｎｇｃｈｕｎ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）
应的基础上发展起来的。在光声光谱技术提出的早 期，由于缺乏合适的光源和信号探测器，使得光声光谱 技术的研究停滞不前［１］。２０世纪 ６０年代以来，随着 激光器的出现、声传感技术和微弱信号检测技术的发 展，光声光谱技术得到了长足的发展。该技术具有操 作容易、抗干扰性强、检测灵敏度高、稳定性好、响应速 度快、成本低等特点，广泛用于大气环境监测、电力设 施故障在线检测、生命科学、临床医疗诊断等领域［２７］。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｍｅｔｒｏｌｏｇｙ；ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｒｅｓｏｎａｎｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ；ｒｅｓｏｎａｎｔｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌ；ｏｐｔｉｍａｌｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌｉｓｏｎｅｏｆｉｔｓｋｅｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅａｓｕｒｅｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆ ａｒｅｓｏｎａｎｔｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌｑｕｉｃｋｌｙａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙ，ａｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｗａｓｕｓｅｄｔｏｂｕｉｌｔａｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ ａｎｄａｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆｔｈｅ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌｗａｓｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓｉｇｎａｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙｍｅｔｈｏｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔｏｆｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅｏｆｔｈｅｓｏｕｎｄｓｉｇｎａｌ，ｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄａｎｇｌｅｏｆｓｏｕｎｄ ｓｏｕｒｃｅ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ５ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆａｃｅｔｙｌｅｎｅ（Ｃ２Ｈ２）ｇａｓ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｃｅａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙａｎｄｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓｉｇｎａｌｉｎｔｅｎｓｉｔｙｍｅｔｈｏｄｉｓ１．１Ｈｚ．Ｉｔｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈａｔ ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｂｏｔｈｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ．Ｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅ，ｆａｓｔ，ｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅ．Ｉｔｃａｎｂｅｕｓｅｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆａｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌ．
引 言
光声 光 谱 检 测 技 术 （ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ， ＰＡＳ）是在美国科学家 ＢＥＬＬ于 １８８０年发现的光声效
基金项目：军 委 装 备 部 领 域 基 金 资 助 项 目 （６１４０７２００３０ ２１６ＪＷ０６００１）
作者简介：杨 志 远 （１９９２），男，硕 士 研 究 生，现 主 要 从 事 光声光谱检测的研究。
摘要：为了快速准确测量共振光声池的谐振频率，采用基于共振声谱的光声池谐振频率测量法，搭建了光声光谱检 测系统和共振声谱检测系统。对影响测量准确性的因素进行了实验分析。在不同气体体积分数的情况下，分别采用共 振声谱法和光声信号强度标定法测量光声池的谐振频率。结果表明，共振声谱法测量的光声池共振频率与声信号激励 电压、声源传播距离及角度无关；在 ５种不同体积分数的乙炔气体条件下，所测得的光声池谐振频率与通过光声信号强 度法的结果最大偏差为 １．１Ｈｚ，可认为两种方法测量结果具有一致性。该方法简单快速、可靠和准确，可用于确定光声 池谐振频率。
关键词：测量与计量；光谱测量；共振声谱；光声光谱；共振光声池；最佳调制频率 中图分类号：ＴＮ２４７；Ｏ４３３．１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０７５１０／ｊｇｊｓｉｓｓｎ１００１３８０６２０１９０３０１８
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｏｒ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｒｅｓｏｎａｎｔｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃｃｅｌｌｓ
第 ４３卷 第 ３期 ２０１９年 ５月
激 光 技 术 ＬＡＳＥＲＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．３ Ｍａｙ，２０ຫໍສະໝຸດ Baidu９
文章编号：１００１３８０６（２０１９）０３０３８７０５
一种纵向共振光声池谐振频率测量方法
杨志远，卢荣军 ，王生春
（东南大学 仪器科学与工程学院 仪器科学与技术系，南京 ２１００９６）
ＹＡＮＧＺｈｉｙｕａｎ，ＬＵＲｏｎｇｊｕｎ，ＷＡＮＧＳｈｅｎｇｃｈｕｎ
（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）