双光程光声光谱甲烷传感器

利用甲烷(CH₄)气体分子在1.6 μm的吸收特性，使用中心波数为6 046.96 cm-1的蝶形分布反馈式(DFB)激光器和自制的大内径光声池，设计了一款紧凑高灵敏的CH₄气体传感器。为了进一步增强输出光声信号强度，一个具有高反射率的平面镜放置在光声池后，使透射光束被反射后，二次通过光声池，增强了光与被测气体的作用距离，使光声信号提高了1.9倍。传感器各项参数，包括调制频率、调制深度及气体流速被优化。在标准大气压和1 s的积分时间下，该传感器最终获得的探测灵敏度为0.21 ppm，1σ归一化等效噪声系数(NNEA)为2.1×10-8 cm-1·W·Hz-1/2。该甲烷传感器使用性价比高的DFB近红外激光二极管作为激发光源，装置简单，成本低廉可以满足大气环境检测、矿井瓦斯监测、工业过程控制及无创伤医疗诊断等领域的需求。     

基于2μm激光二极管和Herriott多光程吸收池的高灵敏二氧化碳气体传感器（特邀）

为了提高二氧化碳气体检测系统的测量空间分辨率并减小系统体积，设计了一种基于2μm激光二极管和Herriott多光程吸收池的高灵敏二氧化碳气体传感器。设计并加工了有效光程为2.6 m的Herriott池来进行光路折叠。使用中心波长为2μm的激光二极管，覆盖二氧化碳分子在4 989.9 cm^-1处的较强吸收线。采用波长调制技术减小系统的噪声。此外，为系统加载Kalman滤波技术来进一步提高探测灵敏度。实验结果表明，采用该传感器，系统的探测极限在1 s的积分时间下可达到0.18×10^-6，而经过自编程实时Kalman滤波后探测极限可达到0.13×10^-6，提高了27%。采用该传感器对室内二氧化碳浓度进行长达8 h的连续监测，并在暨南大学理工学院楼顶进行了24 h的二氧化碳浓度监测，证明了仪器的稳定性。