(un). Risultato della simulazione della pressione sonora e (b). Diagramma schematico della riflessione multipla della luce nella nuova cellula fotoacustica differenziale di Helmholtz. Credito:Li Zhengang
Un team dell'Hefei Institutes of Physical Science dell'Accademia cinese delle scienze ha sviluppato una cellula fotoacustica differenziale di Helmholtz ad alta sensibilità e l'ha applicata con successo al rilevamento del metano.
I risultati rilevanti sono stati pubblicati in Optics Express .
La spettroscopia fotoacustica è una tecnica di spettroscopia ad assorbimento indiretto, che ottiene la concentrazione di gas rilevando il segnale fotoacustico generato dal gas misurato. A causa dei vantaggi dell'elevata sensibilità, della buona selettività e del rilevamento dello sfondo zero, la spettroscopia fotoacustica è ampiamente utilizzata nel monitoraggio ambientale, nella diagnosi medica, nell'analisi della combustione, nel rilevamento della potenza e in altri campi.
Tuttavia, le prestazioni di rilevamento fotoacustico sono facilmente influenzate da vari rumori, nonché da rumori coerenti generati dalla parete cellulare fotoacustica che assorbe energia luminosa. Attualmente, ci sono pochi rapporti sulla soppressione simultanea di rumori coerenti e incoerenti e sul miglioramento dei segnali fotoacustici.
"La nostra ricerca si basa sul principio del rilevamento fotoacustico", ha affermato il Prof. Fang Yonghua, che ha guidato il team, "la cellula ha una struttura speciale, che consente al raggio di luce di essere riflesso più volte sulla parete interna placcata in oro, e quindi eccita un segnale fotoacustico più elevato."
Simulazione del tasso di sostituzione del gas misurato; (un). la posizione del tubo di collegamento non è stata ottimizzata; (b). la posizione del tubo di collegamento è stata ottimizzata. Credito:Li Zhengang
(un). Diagramma schematico della configurazione del rilevamento fotoacustico; (b). diagramma della struttura meccanica della cella fotoacustica. Credito:Li Zhengang
Per quanto riguarda la parete cellulare fotoacustica del rumore coerente prodotta durante l'assorbimento dell'energia luminosa, hanno utilizzato la modulazione della lunghezza d'onda e la tecnologia della seconda armonica per sopprimerla.
Le proprietà differenziali della cella fotoacustica hanno anche contribuito a sopprimere il rumore incoerente. Inoltre è stata simulata e ottimizzata nei dettagli la cella fotoacustica, che ha ulteriormente migliorato la velocità di sostituzione del gas misurato ottenendo prestazioni superiori.
I ricercatori lo hanno testato più tardi nell'esperimento di rilevamento del gas metano e la cella fotoacustica ha mostrato una buona linearità e sensibilità.
Quando la sorgente di luce di eccitazione era un laser a feedback distribuito a bassa potenza (6 mW) nel vicino infrarosso (1.653 nm), il limite minimo di rilevamento di 177 ppb è stato raggiunto entro un secondo tempo di rilevamento e il corrispondente coefficiente di assorbimento equivalente al rumore normalizzato era 4,1 ×10 –10 cm–1WHZ –1/2 . Questo era molto più accurato dei coefficienti di assorbimento equivalente al rumore normalizzati riportati in precedenza, che erano circa 10 -8 a 10 -10 ordine. + Esplora ulteriormente
