光声光谱检测装置中光声池的数值计算及优化

作     者：程刚 曹渊 刘锟 曹亚南 陈家金 高晓明 Cheng Gang;Cao Yuan;Liu Kun;Cao Ya-Nan;Chen Jia-Jin;Gao Xiao-Ming

作者机构：安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室淮南232001 中国科学院安徽光学精密机械研究所合肥230031 中国科学技术大学合肥230031 

基　　金：国家重点研发计划(批准号:2017YFC0209700) 国家自然科学基金(批准号:41730103 41575030 41475023)资助的课题~~ 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2019年第68卷第7期

页      码：139-149页

摘      要：利用光声光谱技术进行痕量气体的检测具有独特的优势,光声池是系统装置中最为重要的核心部件,它决定着整机性能的优劣.以一圆柱形共振型光声池为研究对象,基于声学与吸收光谱学的基本理论,建立了光声池声场激发的数学模型;利用数值模拟方法对光声池空腔结构进行了声学模态仿真,获得了前8阶声学模态值以及声压可视化振型;在考虑热黏性声学损耗的作用下,对光声池进行了热-声耦合多物理场仿真计算;将仿真结果与解析计算和实验结果进行对比,明确了利用数值模拟方法来计算光声池有关指标的可靠性与可行性;针对光声池的优化问题,提出了一种将响应面代理模型与遗传算法相结合的优化算法,在将原光声池中的谐振腔两端形貌更改为喇叭口形的情况下,通过优化算法获得了以光声池品质因数Q及池常数C_(cell)为最大值寻优的Pareto最优解集;选取一组解进行考察,结果表明,代理模型预测值与数值模拟值指标最大误差仅为1.3%,优化后的新型光声池Q较之前增长了48.9%, C_(cell)增长了34.4%.研究方法可为光声光谱中光声池的优化设计提供参考借鉴.

主 题 词：光学 光声光谱 光声池 数值计算 

学科分类：081704[081704] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-轻工类] 070302[070302] 0805[工学-能源动力学] 0703[理学-化学类] 0704[理学-天文学类] 

核心收录：

D　O　I：10.7498/aps.68.20182084

馆 藏 号：203632218...