基于光纖光聲傳感的多組分痕量氣體檢測(cè)技術(shù)

趙新瑜，馬鳳翔，王正之，李辰溪，齊宏超，劉軍軍，陳珂

（1 大連理工大學(xué) 光電工程與儀器科學(xué)學(xué)院，大連 116024） （2 國網(wǎng)安徽省電力有限公司 電力科學(xué)研究院，合肥 230601） （3 成山集團(tuán)有限公司，榮成 264300）

0 引言

光聲光譜是一種低背景的高靈敏度氣體檢測(cè)技術(shù)［1-4］。區(qū)別于其他光學(xué)氣體傳感方法，光聲光譜法可將聲學(xué)增強(qiáng)技術(shù)用于提升檢測(cè)靈敏度，常采用聲學(xué)共振器和專用光聲探測(cè)器來實(shí)現(xiàn)聲學(xué)增強(qiáng)［5-8］。專用光聲探測(cè)器主要有石英音叉［9-14］、光學(xué)懸臂梁［15-17］和光纖聲波傳感器［18-19］，其中光纖聲波傳感器是光纖光聲氣體傳感系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。在光纖光聲傳感系統(tǒng)中，光聲激發(fā)光通過光纖傳輸并進(jìn)入氣室，氣室中的待測(cè)氣體被激發(fā)后產(chǎn)生光聲壓力波。用于傳輸近紅外光聲激發(fā)光和探測(cè)光的介質(zhì)是低傳輸損耗的光纖，因此光纖光聲傳感器具有氣體探測(cè)靈敏度高、本質(zhì)安全、抗電磁干擾和遠(yuǎn)距離檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)。光纖光聲傳感技術(shù)可用于煤層自然發(fā)火監(jiān)測(cè)、高電壓電氣設(shè)備在線監(jiān)測(cè)以及石化廠區(qū)易燃易爆泄漏氣體監(jiān)測(cè)。

光纖傳感器通過集成光學(xué)干涉儀可大幅度提高位移分辨率，可用于皮米量級(jí)的靜態(tài)位移測(cè)量以及微小振動(dòng)測(cè)量。光纖聲波傳感器將聲波振動(dòng)轉(zhuǎn)換為干涉儀光程差的變化，可將其用于光聲光譜系統(tǒng)中的微弱光聲信號(hào)探測(cè)，實(shí)現(xiàn)痕量氣體的高靈敏度全光傳感。BREGUET J 等利用光纖邁克爾遜干涉儀實(shí)現(xiàn)了全光學(xué)光聲光譜氣體檢測(cè)，將傳感光纖纏繞在光聲管上，氣體吸收產(chǎn)生的熱脹冷縮迫使光聲管周期性振動(dòng)，導(dǎo)致邁克爾遜干涉儀中測(cè)量臂和參考臂的光程差發(fā)生變化［20］?！?br>