基于全光学光声光谱的超高灵敏度痕量气体检测技术研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61905034
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0507.光谱信息学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Trace gas detection technology plays an important role in applications such as environmental pollution gas monitoring, characteristic gas analysis of electrical equipment, safety supervision in coal mine and medical exhalation gas diagnosis. Ultra-high sensitive detection of target gas contributes to accurate analysis and early warning. To further improve the sensitivity of trace gas detection, an all-optical photoacoustic spectroscopy based ultra-high sensitive detecting scheme is proposed. A distributed feedback laser is used as the photoacoustic excitation source. Meanwhile, cantilever-cavity double resonance enhancement mechanism is introduced. Moreover, optical cross-correlation method is studied for high-precision acoustic demodulation. As a result, a new enhanced all-optical photoacoustic spectroscopy system is designed. The main research contents include: study of the sensing technology of the high sensitive fiber-optic cantilever microphone, research of the optical cross-correlation dynamic demodulation technology for fiber-optic Fabry-Perot acoustic sensor, research of double resonance enhancement method of optical cantilever beam and acoustic resonant cavity. Finally, the integration and testing of the all-optical photoacoustic spectroscopy based trace gas detection system will be completed. It is expected that the detection sensitivity of the tested acetylene gas can be improved by one order of magnitude, and the detection limit can be reached to less than 10 ppt. This research project is of great significance for the development and application of trace gas detection technology.
痕量气体检测技术在环境污染气体监测、电气设备故障特征气体分析、煤矿安全生产监测和医学呼出气诊断等应用中发挥着重要作用,对目标气体的超高灵敏度检测有助于精准分析与早期预警。为进一步提高痕量气体检测的灵敏度,本项目提出一种基于全光学光声光谱的超高灵敏度气体检测技术方案:采用分布反馈激光器作为光声激发光源,引入悬臂梁-谐振腔双共振增强机制,结合基于光学互相关解调的高灵敏度光纤声波探测技术,构成新的增强型全光学光声光谱系统。研究重点为:高灵敏度光纤悬臂梁声波传感器的设计与优化;光纤法布里-珀罗声波传感器的光学互相关解调技术研究;光学悬臂梁与声学谐振腔的双共振增强方法研究。最终完成全光学光声光谱痕量气体检测系统的集成与测试,预期在近红外波段将乙炔气体的检测灵敏度提高1个数量级,检测极限达到10ppt以下。本项目研究工作的开展对于痕量气体检测技术的发展与应用具有重要的意义。

结项摘要

本项目提出了一种基于全光学光声光谱的超高灵敏度气体检测技术方案:采用分布反馈激光器作为光声激发光源,引入悬臂梁-谐振腔双共振增强机制,结合基于光学互相关解调的高灵敏度光纤声波探测技术,构成新的增强型全光学光声光谱系统。优化设计了高灵敏度光纤MEMS悬臂梁声波传感器,1 kHz频率下的等效噪声声压达到0.2 μPa/Hz1/2。研究了光纤法布里-珀罗声波传感器的光学互相关解调技术,解调速度达到500Hz。研究了光学悬臂梁与声学谐振腔的双共振增强方法,光声信号的信噪比相比传统的单共振方法提高了8倍。构建了1套全光学光声光谱痕量气体检测系统,归一化噪声等效吸收(NNEA)系数达到4.2×10−10 cm−1·W·Hz−1/2,其中,乙炔气体的检测极限达到27ppt。项目研究成果已在国家电网得到应用,本项目的实施对于痕量气体检测技术的发展具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(24)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Highly Sensitive Optical Fiber Photoacoustic Sensor for In Situ Detection of Dissolved Gas in Oil
用于原位检测油中溶解气体的高灵敏度光纤光声传感器
  • DOI:
    10.1109/tim.2021.3102746
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Chen, Ke;Guo, Min;Gong, Zhenfeng
  • 通讯作者:
    Gong, Zhenfeng
Detection of SF6 gas decomposition component H2S based on fiber-optic photoacoustic sensing
基于光纤光声传感的SF6气体分解成分H2S检测
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2022.133174
  • 发表时间:
    2022-12-20
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Chen, Ke;Wang, Nan;Xu, Lin
  • 通讯作者:
    Xu, Lin
Miniature single-fiber photoacoustic sensor for methane gas leakage detection
用于甲烷气体泄漏检测的微型单光纤光声传感器
  • DOI:
    10.1016/j.optlaseng.2021.106792
  • 发表时间:
    2021-09-09
  • 期刊:
    OPTICS AND LASERS IN ENGINEERING
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Li, Chenyang;Guo, Min;Chen, Ke
  • 通讯作者:
    Chen, Ke
Miniaturized anti-interference cantilever-enhanced fiber-optic photoacoustic methane sensor
小型化抗干扰悬臂增强型光纤光声甲烷传感器
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2022.132446
  • 发表时间:
    2022-08-01
  • 期刊:
    SENSORS AND ACTUATORS B-CHEMICAL
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Guo, Min;Chen, Ke;Li, Chenxi
  • 通讯作者:
    Li, Chenxi
All-Optical Photoacoustic Multigas Analyzer Using Digital Fiber-Optic Acoustic Detector
使用数字光纤声检测器的全光学光声多种气体分析仪
  • DOI:
    10.1109/tim.2020.2993333
  • 发表时间:
    2020-10-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Chen, Ke;Zhang, Bo;Yu, Qingxu
  • 通讯作者:
    Yu, Qingxu

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其他文献

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  • 作者:
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  • 发表时间:
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  • 发表时间:
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    陈珂;彭志平;柯文德
  • 通讯作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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