技术文章--光声光谱气体检测技术
光声光谱是基于光声效应的一种光谱分析技术。从1880年贝尔发现固体光声效应以来，至今已有一百多年的历史。近年来，半导体激光器工艺发展成熟，基于光声光谱分析技术检测气体成为研究热点。它具有高检测灵敏度，快时间响应，可连续实时监测，小体积，可实现多组分气体等优点，被广泛应用于石化分析、空气污染检测、煤矿瓦斯浓度监测、变压器油中溶解气体分析、医学呼出气体诊断等领域。
光源、光声池和传声器是光声光谱气体检测系统的核心器件，因此此类类型和性能直接决定了系统的工作方式和检测精度。此外，对光声信号的相关分析也是提高系统极限检测灵敏度的有效手段。对光声信号相位、频率等信息的深入分析可以得到气体分子一跃迁驰豫过程以及共振能量累积过程的相关物理信息。图1是光声光谱分析技术检测气体的原理图。
图1光声光谱分析技术检测气体的原理图
光源，激光作为一种强度高、单色性好及方向性的光源，可以大幅度提高光谱分析的准确性、适用性。如图2所示典型的波长覆盖范围和激光光源，可以就红外光源大致分为a类和b类激光器。a类激光器主要包括气体激光器(co和co2激光器)、半导体激光器、稀土和过渡金属掺杂的激光器等可调中红外光源。b类激光器主要是可调谐近红外光源。从图中的光谱区域来看可划分为近红外光谱和中红外光谱，中红外激光器处于基频振动。
图2激光光源和典型的波长覆盖范围
传声器按照换能方式被分为电动式和电容式两大类,如图所示。电动式传声器具有动态范围大、结构简单、性能稳定等特点。电容式传声器是使用泛的一类传声器，它具有灵敏度高、频响范围宽、瞬态特性好等众多优点,被广泛用于声学测量、录音、扩音等领域。
光声池按照工作模式被分为非共振式和共振式两类。非共振式光声池具有结构简单、体积小、造价低等特点，较容易实现仪器化，适合于量级的气体检测。共振式光声池的结构相对复杂，但共振增强效应和较高的工作频率对于改善信噪比有显著作用，因此能够获得量级的极限检测灵敏度，而且可以实现气体的连续流动采样检测。
图3 麦克风信号与积分长度的关系
multisense拥有别的手持式（7cm x7cm x 3 cm）光声集成qcl以及具有高性能的多气体传感光声检测技术（在100 ppb以下）。
通过将光源、探测器、光声池，麦克风等关键部件集成到一个紧凑型模块中，可直接输出气体浓度值，大大降低了客户开发技术门槛和成本，可直接输出结果。由于采用了多芯片集成技术，该款检测模块可根据客户要求支持检测多种气体种类。结合前景广阔的qcl中红外技术，再加上10余年的研发经历，mirsense已经拥有了稳定紧凑简明的特性且低成本的光声检测技术。富泰科技作为mirsense中国区代理，凭借其在气体检测（tdlas）领域多年的技术积累和对市场行情准确的分析，已经开始为中国区客户提供该款产品方案和技术支持，两家专业公司强强联手，以帮助客户开发更高性能的激光气体检测设备和方案并获得良好的市场表现。
mirsense是一家法国公司成立于2015年，致力于高性能化学分析提供商用的和紧凑的解决方案。mirsense公司与iii-v lab有15年的研发合作经验,与alcatel公司, thales公司及cea-léti公司有共同的实验室，运用纳米技术及光子学，mirsense强大的微小型化技术为其提供的解决方案，因此mirsense具有强大技术以及大量等支持。其核心竞争力在于设计、制作、精密集成以及组装中远红外量子级联光器件和子系统，应用于单一气体检测和多种气体同时检测的工业场景。借助于这些高灵敏度的产品，客户可以开发高性能的痕量气体检测设备和系统。
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