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光声光谱:痕量气体检测技术

Photoacoustic 光声光谱痕量气体检测技术,是基于光声效应的新型光谱技术,有别于传统的红外光谱技术,它将光信号有效转换成声信号,并通过精密微音器对声音信号的检测计算得到最终的气体浓度。由于光声光谱技术的特殊光学结构以及在信号采集、信号处理过程中的特殊计算过程,使此方法能高效采集微弱光声信号,并有效剔除背景信号的干扰,非常适用于痕量气体浓度检测领域,以及在复杂环境中的无干扰检测。


舒茨研发的光声光谱痕量气体分析仪系统采用非干涉黑体辐射源作为光源,转换效率达到90%(如图),配合滤光片及斩波器,发出可调制光谱至光声池。光声池底部配有高精密微音器,检测由光信号转变而成声信号。继而计算出与声音信号成比例的气体浓度,灵敏度可达到0.01ppm甚至更高。



对于声音信号的采集,我们使用硅微微音器。传统的电容式微音器没有任何电源抑制能力,很小的电源电压波动就将导致间歇性噪音。而且在机械设计方面,传统电容式微音器不仅能够检测声音信号,还能检测出机械振动,并最终把振动转换为低频声音信号,这样,当此类微音器被置于振动环境时,振动将成为音频系统的主要噪音源。



硅微微音器是利用硅薄膜来检测声压,它能够在芯片上集成一个模数转换器,形成具有数字输出的微音器。与传统的电容式微音器相比,硅微微音器声压电平高,且芯片内部一般有预放大电路,因此灵敏度很高;它的频响范围宽,一般在100~10KHZ;且失真小,总谐波失真<1%(在1KHZ,500mV p-p);振动敏感度小于<1dB。除此之外,硅微微音器还有优异的抗电磁干扰特性,且耐潮湿环境和温度变化。


              


舒茨光声光谱传感器具有以下优点:

□  有效屏蔽检测环境中湿度干扰:红外湿度检测模块直接配置在光声模块内部。

□  屏蔽温度不稳的干扰:光声光谱加热到50度并维持此温度下进行检测。

□  屏蔽其他气体干扰:通过检测微弱光声信号,通过精准信号放大并计算气体浓度



如下图,舒茨光声光谱气体分析仪在0.5 … 40ppm 检测范围的测试中表现出良好的线性度,下图得出R2 = 0.997

光声光谱气体分析仪适用于各类环境内痕量气体浓度的检测,最低检出限为0.01ppm。



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