激光光声光谱技术解析

激光光声光谱检测技术

激光光声光谱技术作为一种高灵敏度的微量气体检测技术历史已经超过30年，几乎同红外气体检测技术一样长。这两种检测技术的共同点都是利用气体分子吸收红外线的特性，二者的区别在于光源。红外检测技术是利用红外线做光源，是广谱的光源，即使经过滤光片依然是广谱的光源，所以红外气体传感器的选择性差灵敏度低。激光光声光谱技术采用激光器做

光源，是单一频率的光源，光源的频率可以和气体分子的吸收频率一致，所以激光光声光谱技术的特点是选择性好灵敏度高。

一、激光光声光谱气体检测技术原理

光声气体检测技术是基于不同气体在红外波段有不同的特征吸收光谱，比如CO是2.3 2μｍ和4.26μｍ，CO2是4.65μｍ和14.99μｍ，而SF6的红外特征光谱在10.5μｍ附近。

光声气体检测原理是利用气体吸收一强度随时间变化的光束而被加热时所引起的一系

列声效应。当某个气体分子吸收一频率为ν的光子后，从基态E0跃迁到激发态E1，则两能量级的能量差为E1-E0=hv。受激气体分子与气体中任何一分子相碰撞，经过无辐射驰豫过

程而转变为相撞的两个分子的平均动能(既加热)，通过这种方式释放能量从尔返回基态。气

体通过这种无辐射的驰豫过程把吸收的光能部分地或全部的转换成热能而被加热。如果入射光强度调制的频率小于该驰豫过程的驰豫频率，则这光强的调制就会在气体中产生相应的温

度调制。根据气体定律,封闭在光声腔内的气体温度就会产生与光强调制频率相同的周期性

起伏。也就是说,强度时变的光束在气体试样内激发出相应的声波,用传声器便可直接检测该信号。

气体光声检测系统通常由激光器(或普通单色光源)、调制器(使光束作强度调制,例如机械切光器、电光调制器等)、充有被测吸收气体和装有检测传声器的光声腔以及信号采集处