摘要：实验中设计了一种基于微型非共振腔的石英增强光声光谱痕量气体传感器,用来检测非纯氦气中的痕量氨气浓度.该传感器采用的微型非共振腔只在空间上限制声波扩散以达到增强信号目的,而不是像传统微型共振腔一样依靠共振效应.如此的设计使探测小分子无机气体的光谱测声器尺寸远远小于共振腔的配置而有利于准直.不同气压下的信号和噪声也被研究,用来优化传感器性能.在这种配置下和27.7kPa的最优气压下,获得的最佳氨气探测灵敏度为463ppb(1σ,1s积分时间),相应的归一化噪声等效吸收系数为4.3×10^(-9)cm^(-1)W/(Hz)1/2.

摘要：使用中心波长为450 nm的高功率多模蓝光激光管(LD)作为激励光源,结合电学调制相消法和离轴石英增强光声光谱(QEPAS)配置,设计了一款高灵敏二氧化氮传感器.电学调制相消法使离轴QEPAS传感器的背景噪声降低至1/269,在标准大气压和1 s积分时间下,获得的探测灵敏度为4.5 ppb,对应的归一化噪声等效吸收系数(1σ)为2.2×10-8cm-1·W/Hz1/2.延长积分时间到46 s,灵敏度能够进一步下降到0.34 ppb.气体流速对该传感器的影响也被研究.

摘要：设计并演示了一种全光型石英增强光声光谱技术,该技术在传统的石英增强光声光谱系统中增加了另一束探测光束,把与气体浓度成正比的石英晶振振臂的振动幅值转化为探测光束的强度变化,实现了探测气体处无电子元件的全光学系统.如此的设计使该系统具有较强的抗电磁干扰能力和非常小的传感头体积,能够用于探测空间受限或探测环境恶劣的情况下,并实现远距离探测.在这种配置下,探测大气压下的水汽,获得的噪声等效吸收系数为1.13×10 6cm 1W/√Hz.进一步讨论了优化系统和提升其探测灵敏度的途径.

摘要：为了研究六氟化硫(SF_6)气体分子和水汽(H_2O)对一氧化碳(CO)气体分子的弛豫率的影响,建立了一个基于石英增强光声光谱(QEPAS)技术的痕量气体传感器系统。采用1.57μm的近红外分布式反馈二极管激光器作为激励光源,并对不同SF_6和H_2O气体浓度下的CO的光声信号进行对比研究。首先用CO传感器系统探测CO与N_2的气体混合物中CO的光声信号,然后在CO与N_2气体混合物中加入不同浓度的SF_6气体,分别探测不同浓度SF_6气体下的CO光声信号强度。最后在CO与N_2的气体混合物中加入不同浓度H_2O,探测加入H_2O后的CO的光声信号强度。实验结果表明随着CO和N_2气体混合物中SF_6气体浓度的增加,CO的光声信号幅值几乎没有变化,而在混合物中加入2.5%的H_2O后,发现CO的光声信号提高了约5倍。因此,SF_6对CO气体的弛豫率没有明显的影响,然而H_2O的添加能够有效缩短CO气体的弛豫时间。

摘要：石英增强光声光谱技术(QEPAS)在2002年由Kosterev首次提出,在短短十几年中,这种技术已经被应用在众多领域中,并取得了很多突破性进展。介绍了石英增强光声光谱传感器近期在技术改进及结构设计等方面的最新发展与动态,以期对相关领域的研究者提供参考。

摘要：设计了一种基于石英增强光声光谱技术的痕量气体传感器,用来检测非纯氢气中的痕量甲烷浓度。传感器被配置了一个微型谐振腔,能够在空间上对声波进行限制,用以增强信号幅值。在这种配置和27 kPa的最优气压下,获得的甲烷探测灵敏度为3.2 ppm(1 s平均时间),相应的归一化噪声等效吸收系数(1σ)为2.45×10^(-8)cm^(-1)W/Hz^(1/2)。

摘要：为了进一步提高基于泛频振动的石英增强光声光谱测声器探测灵敏度,在一次泛频振动模式下采用一个比商用标准音叉外形尺寸大5倍的定制大音叉,并对其性能进行优化.通过理论和实验研究得出了音叉与激光的最佳作用位置,发现音叉的一次泛频振动有两个波腹点,且在距离音叉根部8 mm处,音叉振臂的振动幅度最大.微型声音谐振腔由三种不同内径的不锈钢毛细管加工而成,与音叉组成共轴配置石英增强光声光谱光谱测声器,用来进一步增强信号幅值.在最佳微型声音谐振腔配置下,获得了30倍的信号增益因子,有效提高了石英增强光声光谱光谱测声器的探测灵敏度.

摘要：为提高探测性能,可通过在石英音叉周围设计声学谐振管以增强光声信号。然而,不同形状、尺寸和结构的谐振管会对音叉谐振信号产生不同程度的增强效果。旨在探究谐振管参数对石英增强光声光谱(QEPAS)探测性能的影响,通过理论建模和COMSOL Multiphysics软件仿真,研究不同参数下共轴对称和非对称结构谐振管对系统的增益性能,并进行多组对照实验。仿真及实验结果均表明,在共轴对称结构谐振管系统中,随着谐振管内径的减小,对应的最佳长度增加,相对于裸音叉系统可获得更显著的增益效果。在相同内径的谐振管条件下,相较于非对称结构,对称结构显示出更优的增益性能。仿真及实验获得的谐振管最优参数:内径为0.5 mm、长度为5.04 mm,将该谐振管作用于QEPAS探测系统,相较于裸音叉系统,该系统增益性能提高了15倍。采用该系统对体积分数为5×10^(-3)的甲烷标准气体进行长时间测量,结果显示当积分时间为72 s时,系统的探测下限为2.07×10^(-6)。

摘要：针对传统商用音叉存在的共振频率高、振臂间距窄等问题,利用COMSOL有限元分析软件构建音叉理论模型,确定了音叉的共振频率及品质因数等核心电学参数与音叉几何尺寸之间的相关特性,进而通过控制音叉振臂形状、长度等几何特性,设计制备了具有振臂间距宽、共振频率低且品质因数高等特性的锤状异型音叉。在将音叉外表面设置为硬声场边界条件且将音叉基座设置为固定约束条件的情况下,对锤状异型定制音叉的关键参数进行了理论计算及实验测定。结果显示,与传统商用音叉相比,异型音叉在振臂间距扩大近3倍的情况下,其共振频率和品质因数两项音叉核心电学参数分别优化了62%和14%。为验证锤状异型定制音叉在光声光谱气体传感技术中的性能,基于该定制音叉搭建了乙炔石英增强光声光谱传感器。在对激光调制深度、微型声学谐振腔腔长、谐振腔装配位置等多项参数优化后,乙炔传感器在300 ms积分时间及常温常压条件下获得的检测极限相比基于传统商用音叉搭建的传感器提升了近一个数量级,达到了282×10^(-9),归一化噪声等效吸收系数可达3.84×10^(-9)cm^(-1)W/√Hz。

摘要：石英增强光声光谱技术由于具有灵敏度高、噪声免疫能力强、体积小等优点,成了一种备受关注的痕量气体检测技术.本文设计了一种全光式QEPAS痕量气体检测系统,采用共振频率为32.7 kHz的石英音叉作为声传感器,结合光功率放大技术,实现了系统信号幅值的极大提高;以具有工作点自稳定特性的光纤珐珀干涉仪作为振动解调单元,极大地提高了系统的稳定性.以C2H2作为检测对象,采用波长调制和二次谐波解调技术,优化得到系统的最佳调制深度为0.171 cm^(-1)、最佳激光位置距离音叉底部2.9 mm,最终得到QEPAS信号随C_(2)H_(2)浓度线性变化,其线性度为0.998,系统检测极限为30.3 ppb,由此得到系统的归一化等效噪声系数为2.51×10^(-8)cm^(-1)·W·Hz^(-1/2).最后在相同条件下,通过1小时连续工作测试验证了系统具有极好的稳定性.