1. 研究目的与意义（文献综述）
光声光谱(photoacousticspectroscopy，pas)作为光热吸收光谱，是光谱学的一个重要分支，是20世纪70年代初重新兴起的一种高灵敏度光谱分析技术。当光声腔内样品受到一束调制后的或脉冲的单色光照射时，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光声信号。然而光声光谱产生的信号强度微弱，所以弱信号提取十分必要。
光声光谱技术由于是一种无背景的检测技术，具有不消耗气样、灵敏度高、检测时间短，选择性好等优势，故而在医学、波谱研究、大气环境监测、气体检测等领域有着广泛的应用前景。在光声光谱在实际应用上，如作为变压器dga在线监测的技术，其不消耗被测样品，不需要消耗性载气、易污染老化的色谱柱和复杂的气路控制系统能够实现真正意义的连续、实时在线测量。又如环境中污染气体的监测，光声光谱技术已成为其关键技术。而传统光谱法探测的是光与组织相互作用后的透射光信号，与之相比，光声光谱技术所检测的是因组织吸收光能而产生的超声信号，这种超声信号的强弱直接反映了物质吸收光能量的大小。从而避免了因样品中光的反射、散射等引起的信号干扰，从本质上解决了传统光谱法对弱吸收、强散射、不透明等样品检测的难题。
但是该技术中所产生的超声信号很容易受到噪声的影响，这使得检测存在很大的困扰。在国外，光声池微弱信号的提取先后发展了微音器直接检测法和基于锁相放大的频移法，随后基于混纯振子的微弱信号检测方法亦逐渐被提出。目前，混纯学微弱信号检测的实际应用还处在起步阶段，并没有形成完整的成熟的检测理论。仅在2010年周恒逸首次将混纯微弱信号应用到基于光声光谱的变压器气体监测中，为光声池中微弱光声信号的检测做了铺垫。而duffing方程微弱信号检测技术大部分适用于低频阶段，且传统的duffing方程检测技术在噪声处理上仍有较大缺陷。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容：目前光声池微弱信号的检测方法大部分都是基于锁相放大的频移法，但是所需的低通滤波器需要足够窄且在滤波时会对信号有所损耗。而基于混沌振子的微弱信号检测方法可以改善这种情况用来探测低信噪比信号。又传统duffing方程检测方法是针对已知信号的检测，且是低频信号检测，不能完全排除噪声的影响。为了优化duffing方程的信号处理，则可首先将待测信号小波去噪，再将信号圆频率进行变换转化为低频。由于得到信号由于混沌系统从混沌状态进入大尺度周期状态时的相图最为明显，故可以以此为依据采用差分方法判断门限，最后得出待测信号的幅值。
目标：在待测信号频率比较高且频率、相位未知情况下检测出信号幅值，以确定信号。
拟采取的技术方案及措施：基于homelsduffing方程检测原理，利用驱动力前后改变使得系统进入混沌运动状态和大尺度周期运动状态的阈值点，以求得待测信号的幅值。为能够检测未知未知信号，本实验提出duffing方程的变尺度差分法，即在时域上将压缩信号，在频域上扩展信号，构造两个驱动力有微小差别，而其他参数相同的duffing系统，以助于准确判断阈值。如此该系统便可把高频信号转化为低频信号，突破仅限低频信号检测的局限，且提高系统噪声免疫力，以及可以用来检测未知频率的信号。该系统中，所构造的驱动力的微小差别值有待进一步探索，以提高系统性能。
3. 研究计划与安排
完成任务的时间节点：第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解中红外光谱产生条件、气体光声信号产生机理、Duffing系统等光声光谱相关知识，并设计出弱信号提取方案，完成开题报告。第4－9周：完成英文文献翻译，进一步完善研究目标，设计出比较可行的弱信号提取方案；第10－13周：对设计方案进行仿真分析，并用实验进行验证;第14－16周：完成并修改毕业论文。第17周：准备论文答辩。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 赵俊娟，赵湛，耿道渠，等．光声光谱信号的检测与处理[j]．仪表技术与传感器，2010，09：68-70．
[2] 李莉，谢文明，李晖．光声光谱技术在现代生物医学领域的应用[j]．激光与光电子学进展，2012，10：69-76．
[3] maret y，angelosante d，steiger o，pape d，et al．vibration sensitivity reduction of photoacoustic gas analyzers[j]．ieee sensors journal，2014，14(8)：2841-2850．
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