石英增强光声光谱(QEPAS)是近年来发展起来的一种痕量气体探测技术, 具有系统体积小、 价格低廉、 探测灵敏度高等优点。 乙炔(C2H2)是一种化学性质活泼的有毒气体, 对它进行高灵敏度检测在变压器故障诊断、 环境监测等领域有着重要的意义, 基于此, 采用QEPAS技术对C2H2微量气体展开高灵敏度检测研究。 采用输出波长为1.53 μm的连续波分布反馈半导体激光器作为激发光源。 为了提高信噪比和简化数据处理过程, QEPAS传感器系统采用波长调制和2次谐波探测技术。 为了提高QEPAS系统信号幅值, 相比于常见的共振频率为32.768 kHz的石英音叉, 采用了共振频率较低的30.72 kHz石英音叉作为声波传导器, 同时还优化了石英音叉与激光束的空间位置、 激光波长调制深度, 并添加了声波微共振腔, 选择的微共振腔长度为4 mm、 内径为0.5 mm, 最终获得了2.7 ppm的优异检测极限, 归一化噪声等效吸收系数为1.3×10-8 cm-1·W·Hz-1/2。

石英增强光声光谱技术(QEPAS)出现时间较晚, 是一种较为新颖的痕量气体探测手段, 本文以大气中的水汽作为测量目标, 开展对基于QEPAS技术的痕量气体探测系统的研究。 理论上, 首先对激光器波长调制及信号谐波探测的原理进行了分析, 得到了可用于气体浓度信号反演及激光器波长锁定的实现方案, 并讨论了可用于高灵敏度气体探测的吸收谱线的选择原则。 实验中, 以输出波长为1.39 μm的连续波分布反馈单纵模二极管激光器作为激发光源, 采用激光器波长调制和2次谐波探测技术, 首先研究了激光波长调制深度对QEPAS系统产生的信号幅度的影响, 接下来对声波探测系统中微共振腔强声波增强特性进行了研究。 QEPAS系统经过优化后, 获得了5.9 ppm的探测极限, 同时对不同浓度的水汽进行了测量, 实验数据线性拟合后, 得到R-Square为0.98, 证明了此QEPAS系统具有良好的线性响应度。 最后, 运用基于3次谐波探测的激光器波长锁定技术, 对大气中的水汽变化进行了长达12 h的连续测量, 实验结果表明, 该系统性能稳定, 具有良好的连续测量能力, 可广泛应用于其他痕量气体的高灵敏度连续在线测量的研究上。

对某机车内燃机涡轮增压器导向叶轮的故障进行了分析, 提出了采用激光熔覆法修复受损叶轮。通过对激光熔覆样品的拉伸与疲劳性能测试, 验证了激光熔覆法修复该机车内燃机增压器导向叶轮的可行性。