适用于CH_(4)泄漏检测的全光光声光谱装置

光声光谱技术是一种高灵敏的光学检测技术,已成功应用于各种痕量气体检测场合。针对工业上CH_(4)气体泄漏的快速安全检测问题,研制了一套基于H形光声池和Fabry-Perot干涉式光纤麦克风的全光光声光谱装置。采用有限元分析方法对悬臂梁的振动特性进行了仿真分析,并优化了悬臂梁的结构参数,使其共振频率和光声池的共振频率相匹配,实现了对光声信号的双共振增强。同时利用平面镜使光声吸收池的投射光再次入射进入吸收池,进一步增强了光声信号。装置使用Q点稳定强度解调程序对干涉信号进行解调,解决了光纤麦克风在测试过程中的Q点随温度漂移的问题,确保了光纤麦克风长期工作时的稳定性。该光声测量装置采用1653 nm波长DFB激光器作为激发光源,利用Q点稳定强度解调方法,结合波长调制-二次谐波检测技术、声学共振放大技术实现了对CH_(4)气体的全光、高灵敏度检测。实验结果表明,全光光声光谱装置的共振频率为1594 Hz,在共振频率处CH_(4)气体的检测极限为7.47 ppm(1 ppm=1×10^(−6))。根据Allan方差结果,在142 s的平均时间下,全光光声光谱装置测量CH_(4)气体的检测极限为0.23 ppm。