共轴式谐振管对QEPAS增益性能影响

为提高探测性能,可通过在石英音叉周围设计声学谐振管以增强光声信号。然而,不同形状、尺寸和结构的谐振管会对音叉谐振信号产生不同程度的增强效果。旨在探究谐振管参数对石英增强光声光谱（QEPAS）探测性能的影响,通过理论建模和COMSOL Multiphysics软件仿真,研究不同参数下共轴对称和非对称结构谐振管对系统的增益性能,并进行多组对照实验。仿真及实验结果均表明,在共轴对称结构谐振管系统中,随着谐振管内径的减小,对应的最佳长度增加,相对于裸音叉系统可获得更显著的增益效果。在相同内径的谐振管条件下,相较于非对称结构,对称结构显示出更优的增益性能。仿真及实验获得的谐振管最优参数：内径为0.5 mm、长度为5.04 mm,将该谐振管作用于QEPAS探测系统,相较于裸音叉系统,该系统增益性能提高了15倍。采用该系统对体积分数为5×10^-3的甲烷标准气体进行长时间测量,结果显示当积分时间为72 s时,系统的探测下限为2.07×10^-6。