基于石英增强光声光谱技术的开放光路气体传感系统研究.pdf

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1、第26卷第2期传感技术学报Vol26No．2CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSFeb．20132013年2月AnOpenPathTraceGasDetectionSensorSystemBasedonQuartzEnhancedPhotoacousticSpectroscopyZHANGfie，ZHU，聊Wei，LINCheng，TIANLi，XUZuwen(CollegeofOptoelectronicEngineeringofChongqingUniversity，Chongqing400044，Chi

2、na)Abstract：Toovercomesuchdisadvantagesaslargevolume，lowreal—timeandinabilitytodetecttracegasinnarrowspaceintheconventionalquartzenhancedphotoacousticspectroscopy(QEPAS)system，atracegasdetectionsensorsystembasedonfiberleadopenpathQEPASisinvestigated．Thelasersourceisledtothe

3、centraloftwopinsofthetuningfork(TF)byafibertorealizethedetectioninnarowspace．Theexperimentfordetectionofwatervapourintheopenenvironmentwascamedouttoevaluatethesensitivityandstabilityofthesystem．Anormalizednoiseequivalentabsorptioncoefficient7．15×10一cm～·W／Hzisachieved．whichi

4、sabout5timeshigherthanthatofconventionalfocusmode．Thesystemhassuchadvantages：smallsize，hardreal—time，withoutsamplesampling，andappliedtothedetectionoftracegasesintheopenenvironment．Keywords：gassensing；photoacousticspectroscopy；openpath；quartztuningforkEEACC：7230：7230Edoi：10．

5、3969／j．iSSl1．1004-1699．2013．02．004基于石英增强光声光谱技术的开放光路气体传感系统研究术张洁，朱永，韦玮，林成，田莉，许祖稳(重庆大学光电工程学院，重庆400044)摘要：针对传统石英增强光声光谱系统存在体积大、实时性差，无法在狭小空间中探测等缺点，提出一种基于光纤引导方式的开放光路石英增强光声光谱传感系统。该系统用光纤将激光引导至石英音叉两叉指中央，以实现对狭小空间中痕量气体的探测。搭建了实验系统，开展了对常温常压下空气中水蒸气含量的探测来验证该系统的灵敏度及可靠性。得到其归一化噪声系数为7．15×l0cm～

6、·W／Hz。实验结果表明，该系统的探测灵敏度是传统石英增强光声光谱系统的5倍。该系统体积小、实时性强、无需样本取样，适用于开放环境中对痕量气体的检测。关键词：气体传感；光声光谱；开放光路；石英音叉中图分类号：TH744．1文献标识码：A文章编号：1004—1699(2013)02—0161—05随着科学技术与市场经济的快速发展，环境污数高(8000～20000)、体积小(约2mm。)的石英音染对人类身心健康的影响越来越严重。采用先进的叉QTF(QuartzTuningFork)作光声信号增强器件，痕量气体检测技术对环境中的各种有毒有害痕量气使

7、系统具有抗干扰能力强、易于微型化等优点，是对体进行实时在线监测受到了我国政府的高度重视。传统激光光声光谱技术的突破。QEPAS系统中光激光光声光谱技术具有探测灵敏度高、动态范声信号关系式为：围大、无波长选择性，可靠性好等优点，一直以来都．s=C(Q)(1)是痕量气体检测技术中最重要的发展方向之一；然式中c是被测气体的浓度，O／是被测气体的吸收谱而，传统激光光声光谱技术存在体积较大，探测灵敏线，P是激励激光的功率，Q是石英音叉的品质因度低，不便在狭小空间中进行探测等缺点。美国奈数是石英音叉的共振频率。斯大学A．A．Kosterev等在2002年

8、首次提出了基传统的QEPAS系统【卜⋯由聚焦透镜和密闭气于石英增强的光声光谱检测系统，该系统以品质因室等组成，如图1(a)所示，激光束通过气室的光窗项目来源：中央高