光纤耦合的全固态中红外QEPAS光声探测模块

石英增强光声光谱(QEPAS)技术是近年来发展迅速的一种气体检测技术,具有灵敏度高、设备体积小、对环境噪声免疫等优点。本课题组设计了一种光纤耦合的全固态中红外QEPAS光声探测模块,并基于气体热动力学和一维声学谐振腔理论,利用COMSOL软件对探测模块的声压分布及声压级进行了研究;然后设计并加工了光机电一体化探测模块,将声学谐振腔、光声池、光纤模块和前置放大模块集成一体,使该模块具有易于准直、稳定性高、抗干扰能力强等特点。采用中心波长为2μm的高功率中红外分布反馈式激光器,结合波长调制技术,对CO_(2)进行了探测,结果表明,在1 s的积分时间下获得了3.7×10^(-5)的探测极限。通过Allan方差分析发现,积分时间为1123 s时,系统的探测极限可以达到1.34×10^(-6)。采用基于该模块的QEPAS系统可以实现对室内CO2浓度的实时监测。

近红外QEPAS痕量CO_2检测系统优化研究

现有的近红外石英增强型光声光谱技术(QEPAS)痕量二氧化碳气体检测存在信噪比低,灵敏度较低,检测下限较高,有效测量范围窄的问题,难以满足在环境监测,工业生产等方面的检测需求。搭建了近红外QEPAS痕量CO_2气体检测系统,选择了中心波长为1.58μm(1580.0395nm)的窄线宽分布反馈式半导体激光器(DFB)为激励光源,并对系统进行优化设计。采用波长调制方法,选用四组不同浓度CO_2气体作为检测对象,研究了波长调制深度对二次谐波信号幅值的影响,确定最佳调制电流为10mA,提高了检测信号幅值;并对光声探测模块进行了优化设计,降低了噪声信号幅值,优化后系统的信噪比提高为优化前的2.2倍。对优化后的系统进行了检测极限灵敏度测量实验,系统的检测极限灵敏度从优化前的240ppm降低为83ppm,信噪比为12。证明了这些优化方法有效地降低了系统的检测下限,提高了检测灵敏度和信噪比,增强了对复杂环境的适应性。