应用二、 应用二、气体检测
变压器油中溶解气体分析是判断油浸式电力变压 器早期潜伏性故障最方便、最有效地方法之一。
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应用三： 应用三：光声成像
在生物组织的光声成像中，通常使用非电离辐射（如激光 或微波脉冲）照射组织。根据光声效应，组织吸收电磁能量并 产生热膨胀，从而激发出兆赫兹级的超声波（光声波）。光声 波携带了组织的电磁吸收分布特性，使用超声换能器探测到光 声波后，就可采用相应的图像重建算法计算出组织内部的电磁 吸收分布图像。 以上过程可分为以下3个步骤：1、脉冲光辐照生物组 织，组织内吸收体吸收光能量；2、基于热弹性机制的光致 超声过程；3、本地光声信号的外传与探测。
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2004 年Yin 和Zeng 等采用多元线性阵列探测器相控聚焦光声成像方法， 实现了高分辨率的模拟组织光声成像。 2005年，英国Kelman公司推出基于光声光谱的变压器油中气体检测分 析仪。同年，Anatoliy A.Kosterev等人应用石英增强光声光谱的方法 （QEPAS），用一个微型的石英音叉代替麦克风，有效地屏蔽了外界 噪声，对氨气的检测灵敏度达到了650ppb。
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光声腔
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光声腔
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应用一： 应用一：样品物理量参数测定
1977年，Adams和Kirkbright，首次采用光声相位 测定了铜片的热扩散率 1978-1980年 Teng.Y.C（美）等，利用光声相位 和振幅信息得到样品的绝对吸光系数 1980年，Quimby R.S等提出利用光声相位测定量 子效率 1983年，Virokuorv，光声相位法测得钢质式样的 热扩散率，并发现相位差主要来源于三个方面。
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国内外研究现状
2005 年Yang等成功地将小角度滤波反投影应用于多元快速光声成像。 2006年，Milton B.Filho等人使用脉冲式中红外10um分布式回馈量子级联 激光器测量氨气，极限灵敏度达到30ppb。同年，C.K.N.Patel等人用可调 谐外腔式量子级联激光器测量NO，灵敏度达到0.5ppb。 2006年Yang 2006 Yang 等建成了集激发和探测于一体的光声成像系统，该系统使用 方便，已用于手臂血管的层析扫描，得到了清晰的血管图像。同年，Su 等 利用光声成像技术对离体老鼠头和兔子耳朵的血管进行了成像。 2007年Xiang等在国际上首次将光声成像技术应用于肿瘤光动力治疗过程 的监测和疗效评估。同期，Zeng等又利用小波变换改进滤波反投影算法， 有效地提高了光声成像的抗噪声能力，并将光声成像技术用于脑血管成像。
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国内外研究现状
2001年，大连理工大学于清旭等人设计了基于差频激光源的光声光 谱检测系统。 2002年，荷兰Nijmegen大学的光声光谱小组利用光参量振荡器搭建 的光声光谱系统将乙烷的检测灵敏度提高到了10ppt水平。 2003年，大连理工大学杨晓龙等，采用激光腔内光声光谱技术通过 levenberg-Marquardt拟合方法处理实验数据。 2003 年Wang 等利用光声成像技术清晰地探测到活体小鼠脑血管的 分布， 并得到了脑实质病损的清晰成像。同年Yao 等提出并证实了 一种有效的原位光声信号检测方法。
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基于光声光谱的检测技术
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主要内容
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光声光谱的概念
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光声光谱检测基本原理
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光声光谱的应用
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国内外研究现状
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ห้องสมุดไป่ตู้
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光声光谱
光声效应（1880年，美，A.G.Bell）：光（电磁波） 照射于物质时，物质吸收电磁波能量产生热，周期 性热流使周围的介质热胀冷缩，从而激发出声波。 光声效应的本质是能量转换。 光声光谱（photoacoustic spectroscopy）： 一种基于光声效应发展起来的光谱技术。 当光声腔内样品受到一束调制后的单色光照射时， 以无辐射弛豫方式将吸收的光能部分或全部地转换 成热，样品受热体积膨胀，产生以光源为中心向外 扩展的压力波，用置于其中的声波传感器便可接收 到声音（光声）信号。 优点：高灵敏度、高选择性、大动态检测范围。
闻：指听气息、闻气味
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应用二、 应用二、气体检测
乙烯是植物的一种气体激素，植物的各部分都会产生乙烯。 通过检测乙烯释放量的变化情况已经成为分析植物生成情况的重 要手段。气体光声光谱检测法的检测灵敏度高，可以连续实时测 量。
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国内外研究现状
上个世纪60年代末，激光的大功率、单色性好，高灵敏度麦克风以及 相位敏感的锁相检测方法的出现极大地提高了光声光谱的检测灵敏度。 1971年，Kreuzer等，用一台氦氖激光器检测氮气中甲烷含量，测量 精度达到了0.01ppm，并且他从理论上分析了光声光谱的检测极限可 达到 10−13 量级。 1973年，Robin等人将高功率氙灯光源与单色仪联用构可调谐光源， 测定了从紫外到可见光范围内气体和固体的吸收光谱。 1982年，同济大学声学教研室设计了一种低频耦合共振光声池。 1990年，F.J.M.Harran，J.Reuss设计了基于二氧化碳激光器的腔内 吸收光声光谱仪，（乙烯）灵敏度达到了20ppt。
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国内外研究现状
1996年，同一个小组的F.G..C.Bjinen等人，进一步优化设计了基于二 氧化碳激光器的内腔式光声光谱检测系统，（乙烯）检测灵敏度达到 了6ppt。 1997年，Zuckermann等人利用基于CO激光器的光声光谱系统研究 了红辣椒的乙醛产生过程。同年，他利用光声光谱技术对一些微生物 固氮作用进行了研究。 1998年，Frans Harren等人利用光声光谱技术研究了紫外线照射人体 的损伤程度与皮肤的乙烯释放量之间的关系。同年， F.Kuhnemann 等人设计了一套基于光参量振荡器的光声光谱系统，对乙烷的检测灵 敏度达到了0.5ppb量级。
国内外研究现状
1880年，美，A.G.Bell 发现薄膜片（固体）的光声效应 。 1881年，A.G.Bell等发现了气体和液体的光声效应。 1938年，苏联，Viegerov，世界上第一台测量气体浓度的光声光谱装 置。 1943年，Luft利用一个载有已知浓度气体的光声池作为参考，对另一 光声池中未知浓度的气体进行差分检测，得到了ppm量级的极限检测 灵敏度。 1946年，Gorelik提出测量光声信号的相位能够用来研究气体分子振 动态到平动态的弛豫过程。 1968年，Kerr和Atwood等人检测了空气中水分子的吸收光谱。
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应用二： 应用二：气体探测
甲烷，1700ppb 臭氧，10-100ppb 乙烯，10ppb
二氧化硫，1-100ppb
氮氧化物，310ppb
大气气体成分检测
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应用二、 应用二、气体检测
微量气体释放与 人类疾病的关系 越来越受到医学 界的关注。
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2006，脉冲式中红外 DFB &可调谐外腔式 量子级联激光器
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光声腔
光声腔是光声光谱检测装置最为核心的部分， 光声腔是一个装有传声器、放置被测样品的密闭 腔体。其实质就是“光-热-声”的转换器。 设计光声腔的一般要求： 1、良好的声屏蔽，减少外界环境的噪音影响； 2、尽量避免激发光与池壁或传感器直接作用， 以减少杂散噪声； 3、尽可能增强样品的辐射光强或增强池内的 声共振，提高信噪比。
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国内外研究现状
2004年，哈尔滨工业大学王书涛等，用光纤相位传感器代替了微音器 检测光声信号，对二氧化硫的最低检测灵敏度达到了 1.2 ×10 。同年， Yury A.Bakhirkin等人使用中红外5.2um量子级联激光器测量CO，灵敏 度达到10ppb。
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应用三： 应用三：光声成像
可见，光声成像技术检测的是超声信号，反映的是 光能量吸收的差异。所以它同时具备了纯光学成像和超 声成像二者的优点。在保证一定成像深度的同时又具有 高对比度和高空间分辨率。 截至目前，光声成像技术尚未运用于临床。
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光声光谱检测基本原理
辐射源、光声池、探测器是光声光谱检测系统的核心部分。
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辐射源
1880年，太阳
1968，红 宝石激光器
1973，氙灯+单 色仪，可调谐
2001，基于差频 激光器光源
辐射源
1938年电热丝 1971年，氦 氖激光器 1997，CO激 光器