基于锤状石英音叉的光声光谱痕量气体高灵敏检测

摘要：

针对传统商用音叉存在的共振频率高、振臂间距窄等问题,利用COMSOL有限元分析软件构建音叉理论模型,确定了音叉的共振频率及品质因数等核心电学参数与音叉几何尺寸之间的相关特性,进而通过控制音叉振臂形状、长度等几何特性,设计制备了具有振臂间距宽、共振频率低且品质因数高等特性的锤状异型音叉.在将音叉外表面设置为硬声场边界条件且将音叉基座设置为固定约束条件的情况下,对锤状异型定制音叉的关键参数进行了理论计算及实验测定.结果显示,与传统商用音叉相比,异型音叉在振臂间距扩大近3倍的情况下,其共振频率和品质因数两项音叉核心电学参数分别优化了62％和14％.为验证锤状异型定制音叉在光声光谱气体传感技术中的性能,基于该定制音叉搭建了乙炔石英增强光声光谱传感器.在对激光调制深度、微型声学谐振腔腔长、谐振腔装配位置等多项参数优化后,乙炔传感器在300 ms积分时间及常温常压条件下获得的检测极限相比基于传统商用音叉搭建的传感器提升了近一个数量级,达到了282×10-9,归一化噪声等效吸收系数可达3.84×10-9 cm-1 W/Hz.

关键词：光声光谱、石英增强光声光谱、定制音叉、锤状振臂、乙炔、气体传感器

所属期刊栏目：52

分类号：TP249;O433(自动化技术及设备)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;国家自然科学基金;吉林大学集成光电子学国家重点实验室开放课题

在线出版日期：2023-04-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：268-277