基于双路径密集点多次通过池和双频率光声池的CH4和NH3光声光谱双气体传感器

《Analytical Chemistry》：Photoacoustic Spectroscopy Dual-Gas Sensor for CH4 and NH3 Based on Dual-Path Dense Spot Multipass Cell and Dual-Frequency Photoacoustic Cell

高灵敏度甲烷/氨气双气光电声传感器研究，采用双路径高热点密度多光束池（MPC）与双频光电声池（PAC）协同设计，通过Raman光纤放大器和EDFA增强激光功率，实现223次双气体独立激发。实验表明，在50/300 mW激发功率下信号增强41倍，检测极限分别为65 ppb（CH4）和374 ppb（NH3），显著提升气体传感性能。

　　

本文首次展示了一种基于双路径高光点密度多通池（MPC）和双频光声池（PAC）的高灵敏度甲烷（CH₄）和氨气（NH₃）双气体光声光谱（PAS）传感器。建立了一个双路径MPC数学模型，以实现两种气体的多环独立检测和223种激发模式。为了更方便地与MPC集成，设计了一种双频PAC来激发亥姆霍兹共振模式。使用拉曼光纤放大器（RFA）和掺铒光纤放大器（EDFA）来放大两个二极管激光器的输出功率，从而增强激发强度。实验结果表明，当输出功率分别为50 mW和300 mW时，采用高光点密度MPC检测CH₄和NH₃时，2f信号的信噪比分别比未使用MPC的系统提高了41.91倍和41.30倍，显示出显著的性能提升。当CH₄/NH₃-PAS双气体传感器的平均检测时间为1000秒时，CH₄和NH₃的最小检测限（MDL）分别为65 ppb和374 ppb。