高灵敏度谐振式红外光声气体传感器研究.pdf

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1、2012年第3l卷第10期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)57高灵敏度谐振式红外光声气体传感器研究方兴，李嘉，纪新明，包宗明，黄宜平(复旦大学专用集成电路及系统国家重点实验室。微电子学系。上海200433)摘要：研究了高灵敏度谐振式红外光声气体传感系统，对系统的谐振频谱进行了测试分析，观察到了新的谐振模式。经过对比，发现选用新的谐振模式具有更高的测试灵敏度和信噪比，新的谐振模式源于两边的缓冲腔体内的谐振。研究了麦克风输出腔体结构对信号的影响，发现增加输出腔内麦

2、克风到谐振腔的距离可显著增加光声信号。另外，在激光出射端口放置反射金属膜也有利于提高光声信号，从而提高系统检测极限。关键词：光声传感器；谐振式；频率；灵敏度；信噪比中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)10-0057-04Researchofhighsensitiveresonantinfraredphoto-acousticgassensorFANGXing，LIJia，JIXin—ming，BAOZong—ming，HUANGYi-ping(StateKeyLaborat

3、oryofASICandSystem，DepartmentofMicroelectronics，FudanUniversity，Shanghai200433，China)Abstract：Highsensitiveresonantinfraredphoto—acousticgassensitivesystemisstudied，theresonantfrequencyspectrumofthesystemismeasuredandanalyzedandanewresonantmodelisobserved．After

4、aseriesofcomparison，it’SfoundthatthesystemhasbetterperformanceinsensitivityandSNRusingnewresonantmode1．Itisbelievedthatthenewresonantmodeliscausedbytheresonanceofthetwobuffercavitiesonbothsides．Theinfluenceofoutputcavitystructureofmicrophoneontheopto—acousticsi

5、gnal，itisfoundthatthesignalcanbeamplifiedobviouslybyincreasingthedistancefrommicrophonetoresonantcavity．Inaddition，thesignalcanbeamplifiedifareflectingmetalfilmislocatedintheoutletoflaser．Keywords：photo—acoustic(PA)sensor；resonant；frequency；sensitivity；SNR0引言系统

6、进行了改进，从而进一步提高了测试灵敏度和信噪比。气体传感器是能检测各种气体成分和体积分数的敏感乙烯是一种自然植物激素，不同生长阶段的水果会产装置，在日常生活、工业、农业以及国防等领域的应用越来生不同量的乙烯。通过检测乙烯气体体积分数，可以监测越广泛。开发灵敏度高，选择性好的气体传感系统具有重水果的发育时期并为水果的存储条件、运输控制提供科学要意义。红外检测技术能够迅速响应气体体积分数的变依据，从而保鲜水果，减少腐烂。本文利用该传感系统化，具有灵敏度高和选择性优等特点，因而得到广泛应用。对乙烯进行了检测，可以测出20×

7、10。乃至更低气体体积在红外检测技术中，基于红外光声原理的气体传感系统，由分数。于具有较高的检测灵敏度和信噪比，引起人们更多的关注。1基本原理本文对本研究组研制的高灵敏度小型化红外光声气体气体吸收特定波长的红外光后，气体分子处于激发态，传感系统的谐振频谱进行了测试分析，观察到与其他文样品气体通过分子间碰撞以热方式释放吸收的能量，受热献报道不同的新的谐振模式，经过对比，发现选用新的气体膨胀，产生频率与调制光频率相同的热声波。若入射谐振模式具有更高的测试灵敏度和信噪比。本文认为新的光的波长与气体分子的吸收线不同，则气体分

8、子不被激发，谐振模式是源于两边的缓冲室内的谐振。本文还通过调节光声腔内气体不受强度调制的入射光的影响，无声波产生，麦克风与谐振腔上部内壁的距离以及增加反射层等方法来故光声效应可以实现气体探测的高选择性。气体吸收的能优化光声腔的设计，对小型谐振式红外光声气体传感量与气体在该波长处的吸收系数、吸收路径以及光源强度收稿日期：2012-04—1858传