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光声信号亚波长成像分辨率的分析与实现TANG Shuai;WEN Ting-dun;HAN Jian-ning【摘要】为提高光声成像的亚波长分辨率,探究了光声信号产生的机理,并对其亚波长分辨率进行了傅里叶分析,发现普通正折射率透镜难以对携带诸多物质细节信息的倏逝波进行成像,通过COMSOL Multiphysics有限元模拟软件对声学超透镜进行建模和仿真,结果发现在该声学透镜对声波的调控作用下,倏逝波在近场区域能够实现较好的成像效果,在对样品进行制备与测试后,实验与仿真效果基本吻合,证实了该声学透镜的实用性.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)036【总页数】6页(P160-165)【关键词】声子晶体;光声成像;负折射率;声透镜【作者】TANG Shuai;WEN Ting-dun;HAN Jian-ning【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】O426.5光声成像技术是声学与光学两大基础物理学科相交叉的一项前沿科学研究[1—5]，其成像的主要参数依据便是物质的光吸收系数，故而其成像特性具有较高的识别度。
由于成像信息的载体是高频超声波，所以光声成像技术与已有的超声成像具有一定的相似性，即能够获取高分辨率的深层组织影像，这使其在生物医学等领域具有广泛的应用前景。
目前在医学成像过程中仍存在一大关键问题：当生物组织受到光波照射后会散射出携带其内部信息的波，这些光波既有传输波又有倏逝波，且它们具有不同的波矢，虽然传输波能向远场传输，但其只记录了生物组织粗略几何形貌的信息特征，而承载其物理形态及化学成分等亚波长信息的倏逝波衰减非常快，只能在近场区进行局域，所以通常很难通过传统的透镜获取此类信息。
针对此种问题，本文提出设计具有负折射率的声学超透镜[6]来提高光声信号的分辨率，对携带更多物质细节信息的倏逝波进行成像，从而突破传统的远场成像手段，实现亚波长分辨率的近场成像效果。
1 光声信号分析光声信号的产生原理如图1所示，其核心即在于当生物组织受热超过一定阈值后，便会产生高频超声信号，而去除激光脉冲后，由于温度下降又会释放热流，如此往复便生成了周期性的超声信号。
第28卷第34期中国电机工程学报 V ol.28 No.34 Dec. 5, 200840 2008年12月5日 Proceedings of the CSEE ©2008 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013 (2008) 34-0040-07 中图分类号：O 433 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40变压器油中甲烷气体的光声光谱检测方法云玉新，陈伟根，孙才新，潘翀(输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)，重庆市沙坪坝区 400030)Photoacoustic Detection of Methane Dissolved in Transformer OilYUN Yu-xin, CHEN Wei-gen, SUN Cai-xin, PAN Chong(State Key Laboratory of Power Transmission Equipment &System Security and New Technology (Chongqing University),Shapingba District, Chongqing 400030, China)ABSTRACT: Methane is a characteristic gas dissolved in transformer oil, which can be used in the early transformer fault diagnosis. Photoacoustic spectrometry (PAS) is a new method for trace gas detection based on the photoacoustic effect, which has high sensitivity, high selectivity and large dynamic detection range. A portable and tunable experimental setup with a distributed feedback diode laser has been developed based on the fundamental of PAS in this paper, by which the laws that the photoacoustic signal varies with the laser power and the methane concentration are investigated, and the high-resolution photoacoustic spectrum of R(3) in the 2v3 band of methane is gotten. The minimum detection limit of 5.05 part-per-million by volume is obtained. The theories and experiment results supply references for the on-line monitoring of methane and for designing a tunable photoacoustic spectrometer with high sensitivity.KEY WORDS: DFB diode laser; photoacoustic spectrometry; longitudinal resonant photoacoustic cell; gas detection; methane摘要：甲烷(CH4)是变压器油中溶解的一种可用于变压器早期故障诊断的特征气体。
H 2S 及CO 的近红外波段光声光谱检测技术张晓星1，2，陈振伟1，程宏图1，张引2，唐炬1，肖淞1（1.武汉大学电气与自动化学院，湖北武汉430072；2.湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北武汉430068）摘要：SF 6常用于电力设备内部充当绝缘介质，在SF 6绝缘设备内部出现过热或局部放电时，进一步反应后还会出现SO 2、SOF 2、SO 2F 2、H 2S 、CO 等分解产物。
本研究基于光声光谱检测技术对H 2S 、CO 进行定量测量，从理论出发对影响光声信号的因素进行探讨，搭建光声光谱试验平台，根据气体的光声效应对气体进行光声光谱检测。
通过选择合适的气体吸收谱线作为特征谱线进行检测，避免其他组分气体存在潜在的交叉干扰。
根据HITRAN 仿真结果，选定的H 2S 气体特征谱线为6336.6cm -1，CO 气体特征谱线为6380.3cm -1。
结果表明：所测气体CO 、H 2S 的气体浓度与净光声信号幅值之间的线性度非常高，即通过测量气体光声信号值可精确反演计算出气体浓度。
在SF 6作为背景气体情况下，CO 检测下限为9.88×10-6，H 2S 检测下限为1.75×10-6。
关键词：气体近红外吸收；光声光谱；痕量气体检测；SF 6分解组分中图分类号：TM213文献标志码：A文章编号：1009-9239（2021）04-0095-07DOI :10.16790/ki.1009-9239.im.2021.04.016Near Infrared Photoacoustic Spectrum Detection Technology ofH 2S and COZHANG Xiaoxing 1,2,CHEN Zhenwei 1,CHENG Hongtu 1,ZHANG Yin 2,TANG Ju 1,XIAO Song 1(1.School of Electrical Engineering and Automation,Wuhan University,Wuhan 430072,China;2.Schoolof Electrical and Electronic Engineering,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,China )Abstract :SF 6is often used in GIE as an insulating medium,it will decompose when overheating or appearing partial discharge inside GIE,the decomposition products,such as SO 2,SOF 2,SO 2F 2,H 2S,and CO will produce after further reaction.In this paper,the components H 2S and CO were quantitatively measured by photoacoustic spectroscopy detection technology,and the factors affecting photoacoustic signal were discussed theoretically.A photoacoustic spectrum experiment platform was built,and the gas was measured quantitatively based on the photoacoustic effect.Appropriate gas absorption lines were chosen as characteristic spectrum line to avoid the potential cross-interference of other gas components.According to the results of HITRAN simulation,the characteristic spectrum line of H 2S was chosen as 6336.6cm -1,and the characteristic spectrum line of CO was chosen as 6380.3cm -1.The results show that the linearity between the gas concentration of CO and H 2S and the amplitude of pure photoacoustic signal is extremely high,which suggests that the gas concentration can be accurately calculated through the measurement of photoacoustic signal value of gas.With the background gas of SF 6,the lower limit of detection for CO is 9.88×10-6,and the lower limit of detection for H 2S is 1.75×10-6.Key words:near infrared absorption of gas;photoacoustic spectrum;trace gas detection;SF 6decomposition com ‐ponents引言六氟化硫（SF 6）由于其优良的电气绝缘强度和良好的灭弧性能而常被用作高压电气设备的绝缘介质。
共振结构的理论分析和实验研究共振是指在某个特定频率下的振动或波动强烈地增强或受到强烈抑制的现象，共振结构则是指一种通过在物体表面或内部特定位置放置共振器件实现的控制振动或声波传播的方法。
共振结构在研究和应用中具有广泛的实用价值，如用于声学应用、结构动力学中的能量吸收、传感器技术、及各种物理实验的装置中等。
一、共振结构的理论分析共振结构的理论分析是指通过理论方法对共振结构的振动特性进行分析，如固有频率、共振增强、能量消耗、热分解等。
数值计算方法是对共振结构进行理论分析的基本方法之一，它通过有限元、边界元、声能量法等方法，对共振结构的振动场进行模拟计算，从而得到共振结构的振动机理，如共振特征频率、共振效应的增强、振幅分布等。
其中，有限元方法是一种计算力学领域中最常用的数值方法，它通过将问题离散化为多个小单元进行数值计算，可以计算位移、应力、应变等力学量的分布和变化规律，从而得到共振结构的理论振动特性。
边界元法是一种处理有界区域内边界问题的数值方法，它主要应用于中高频场合的计算，计算速度相对有限元法要快，对于大区域的有界区域处理也较为方便。
声能量法是一种处理声波传递问题的数值方法，它主要应用于半波长场合的计算以及低频传递问题的计算。
与理论方法不同的是，实验方法通过对已制备好的共振结构进行实际测试，从实验数据中得出共振结构的振动特性，如共振频率、共振效应等。
实验方法的优点在于对共振结构的仿真计算结果有一定的验证，但是由于实验条件的复杂性，实验结果仅对特定情况下的共振结构有效。
二、共振结构的实验研究共振结构的实验研究主要包括振动实验、声学实验、电磁实验等。
振动实验是通过在共振结构中施加一定的力，对共振结构的振动进行实验研究。
例如将悬挂在支点上的共振器上打上一定的振动，可以观察共振器的振动模式和频率，从而比较真实地得到振动特性。
声学实验是对共振结构进行声波实验萃取其共振特性。
例如在扬声器内设置共振腔，通过在共振腔内放置共振器，可以使声音效果更为突出，或者在墙壁上设置共振器芯板，可以改善空间的音质和声场分布。
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【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.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2019(043)003【总页数】5页(P387-391)【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【作者】杨志远;卢荣军;王生春【作者单位】东南大学仪器科学与工程学院仪器科学与技术系,南京 210096;东南大学仪器科学与工程学院仪器科学与技术系,南京 210096;东南大学仪器科学与工程学院仪器科学与技术系,南京 210096【正文语种】中文【中图分类】TN247;O433.1引言光声光谱检测技术(photoacoustic spectroscopy，PAS)是在美国科学家 BELL于1880年发现的光声效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[2-7]。
在共振型光声光谱检测系统中，光声池作为气体产生光声效应的载体，其性能直接影响系统检测灵敏度。
