基于光纤光声传感的多组分痕量气体检测技术

作     者：赵新瑜 马凤翔 王正之 李辰溪 齐宏超 刘军军 陈珂 ZHAO Xinyu;MA Fengxiang;WANG Zhengzhi;LI Chenxi;QI Hongchao;LIU Junjun;CHEN Ke

作者机构：大连理工大学光电工程与仪器科学学院大连116024 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230601 成山集团有限公司荣成264300 

出 版 物：《光子学报》 (Acta Photonica Sinica)

年 卷 期：2024年第53卷第3期

页      面：17-26页

核心收录：

学科分类：07[理学] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(Nos.62275040 61905034) 

主　　题：光纤光声传感 光声光谱 气体检测 悬臂梁 光声探测 

摘      要：为进一步提升多组分痕量气体检测灵敏度,设计了一套光纤光声传感系统。系统主要集成了2个近红外DFB激光器、近红外宽带光源、高速光谱模块、现场可编程逻辑门阵列信号采集与处理电路,具有激光调制控制、光声信号解调和数字锁相放大等功能。利用声学共振腔和干涉型光纤声波传感器对光声信号进行激发增强和探测增强,实现了乙炔和甲烷气体的高灵敏度检测。光纤声波传感器中以微机电系统悬臂梁作为声学敏感元件,设计了光纤法布里-珀罗干涉结构,将悬臂梁偏转位移转换为F-P腔长的变化。采用高分辨率光谱解调技术,实现了基于光纤F-P传感器的超高灵敏度光声信号检测。系统对乙炔和甲烷的检测极限分别达到2×10^(-9)和3×10^(-9),归一化噪声等效吸收系数为8×10^(-10)cm^(-1)W Hz^(-1/2)。