石英音叉增强光声光谱甲烷检测系统

• 作者: 张明辉 胡立恩 姚丹 杨悦 郑传涛 王一丁
• 来源期刊: 光学学报
• 关键词: 光谱学 红外光谱 光电检测 气体传感器 光声光谱
• 年，卷（期）: 2020,（24）
• 所属期刊栏目: 光谱学|Spectroscopy
• 页码范围: 187-193
• 页数: 7页
• 分类号: O433.1
• 语种: 中文
• DOI: 10.3788/AOS202040.2430001

摘要

甲烷是瓦斯的主要成分和温室气体之一,检测甲烷浓度对于工业生产安全和人员的生命健康保障均具有重要意义.本文设计了一种用于甲烷检测的共轴石英音叉增强光声光谱系统,利用石英音叉较高的品质因数克服了传统光声光谱技术中麦克风易受环境噪声干扰的缺点.设计了小型化气室,其体积仅为3 cm×2 cm×1 cm,简化了检测系统的结构.结合波长调制技术,分析了二次谐波信号幅值与调制深度的关系,实验得到的最佳调制电压幅度为0.175 V,对应的调制深度为0.169 cm-1.对甲烷浓度(体积分数为5×10-1?5×10-3)和二次谐波信号幅值进行拟合,线性度为0.99791;采用Allan方差分析了系统的稳定性,当平均时间为5s时,系统的检测下限为4.337×10-5.基于小体积光声池的光声光谱气体传感器具有体积小、质量轻、成本低的优点,更适合于便携式传感应用.