曲体束腰型光声池的设计及性能分析 下载: 1063次
Design and Performance Analysis of Curved Body and Girdled Waist Photoacoustic Cells
1 智能无线通信湖北省重点实验室, 中南民族大学电子信息工程学院, 湖北 武汉 430074
2 南洋理工大学电气电子工程学院, 新加坡 新加坡 639798
3 华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
图 & 表
图 1. 曲体束腰型光声池示意图
Fig. 1. Schematic of curved body beam waist photoacoustic cell
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图 2. 腔体模型的二维设计
Fig. 2. Two dimensional axisymmetric physical model of photoacoustic cell
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图 3. 曲体束腰型光声池空腔的声学模态仿真云图。(a)第一模态(197Hz); (b)第二模态(2459Hz); (c)第三模态(3050Hz); (d)第四模态(3503Hz); (e)第五模态(3842Hz); (f)第六模态(5161Hz); (g)第七模态(6380Hz); (h)第八模态(6923Hz)
Fig. 3. Acoustic modal simulation cloud images of curved body beam waist photoacoustic cell. (a) The first mode (197Hz); (b) the second mode (2459Hz); (c) the third mode (3050Hz); (d) the fourth mode (3503Hz); (e) the fifth mode (3842Hz); (f) the sixth mode (5161Hz) ; (g) the seventh mode(6380Hz); (h) the eighth mode (6923Hz)
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图 4. 光声池的频率响应曲线
Fig. 4. Frequency response curve of photoacoustic cell
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图 5. 光声池的细频响应曲线
Fig. 5. Simulation curve of photoacoustic cell’s fine frequency response
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图 6. 光声池母线的声压分布曲线
Fig. 6. Sound pressure distribution curves of photoacoustic cell generatrix
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图 7. 谐振腔长Lr和母线短半轴长a对谐振频率及声压幅值的影响。(a)短半轴长2.5mm; (b)短半轴长5mm; (c)短半轴长7.5mm; (d)谐振腔长50mm; (e)谐振腔长100mm; (f)谐振腔长150mm
Fig. 7. Influences of resonant cavity length Lr and semiminor axis length a on resonance frequency and sound pressure amplitude. (a) Semiminor axis length is 2.5mm; (b)semiminor axis length is 5mm; (c)semiminor axis length is 7.5mm; (d)resonant cavity length is 50mm; (e)resonant cavity length is 100mm; (f)resonant cavity length is 150mm
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图 8. 离心率e对谐振频率和声压幅值的影响
Fig. 8. Effects of eccentricity e on resonance frequency and sound pressure amplitude
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图 9. 不同离心率e下,曲体束腰型光声池频率响应曲线的演化图。(a)e→+∞;(b)e=20;(c)e=10;(d)e=5
Fig. 9. Evolution of frequency response curve of curved beam waist photoacoustic cell. (a)e→+∞; (b)e=20; (c)e=10; (d)e=5
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表 1曲体束腰型光声池的基本参数
Table1. Basic parameters of curved body beam waist photoacoustic cell
Buffer chamber diameter Db/mm | Buffer cavity length Lb/mm | Resonant cavity length Lr/mm | Semi-short axis length a/mm | Eccentricity e |
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40 | 50 | 100 | 2.5 | 7.14 |
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表 2大气条件下氮气的气体参数[23](T=293 K,p=1013 hPa)
Table2. Gas parameters of N2 under atmospheric conditions[23] (T=293 K, p=1013 hPa)
Parameter | Value |
---|
Density/(kg·m-3) | 1.15 | Speed of sound/(m·s-1) | 343 | Dynamic viscosity/(Pa·s) | 1.76×10-5 | Thermal conductivity/(W·m-1·K-1) | 2.56×10-2 | Constant volume specific heat capacity/(J·kg-1·K-1) | 0.741×103 | Constant pressure specific heat capacity/(J·kg-1·K-1) | 1.038×103 |
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表 3光声池的基本参数
Table3. Basic parameters of photoacoustic cell
Buffer chamber diameter Db/mm | Buffer cavity length Lb/mm | Resonant cavity length Lr/mm | Semi-short axis length a/mm | Eccentricity e |
---|
40 | 50 | 100 | 2.5 | Inf. |
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李泽昊, 杨春勇, 唐梓豪, 彭苗苗, 倪文军, 郭连波, 侯金, 陈少平. 曲体束腰型光声池的设计及性能分析[J]. 中国激光, 2021, 48(1): 0111002. Zehao Li, Chunyong Yang, Zihao Tang, Miaomiao Peng, Wenjun Ni, Lianbo Guo, Jin Hou, Shaoping Chen. Design and Performance Analysis of Curved Body and Girdled Waist Photoacoustic Cells[J]. Chinese Journal of Lasers, 2021, 48(1): 0111002.