(a). Resultado de la simulación de presión sonora y (b). Diagrama esquemático de la reflexión múltiple de la luz en la nueva celda fotoacústica diferencial de Helmholtz. Crédito:Li Zhengang
Un equipo de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei de la Academia de Ciencias de China ha desarrollado una célula fotoacústica de Helmholtz diferencial de alta sensibilidad y la ha aplicado con éxito a la detección de metano.
Se publicaron resultados relevantes en Optics Express .
La espectroscopia fotoacústica es una técnica de espectroscopia de absorción indirecta, que obtiene la concentración de gas detectando la señal fotoacústica generada por el gas medido. Debido a las ventajas de alta sensibilidad, buena selectividad y detección de fondo cero, la espectroscopia fotoacústica se usa ampliamente en el monitoreo ambiental, diagnóstico médico, análisis de combustión, detección de energía y otros campos.
Sin embargo, el rendimiento de detección fotoacústica se ve fácilmente afectado por diversos ruidos, así como por ruidos coherentes generados por la energía luminosa que absorbe la pared de la celda fotoacústica. Actualmente, existen pocos informes sobre la supresión simultánea de ruidos coherentes e incoherentes y la mejora de señales fotoacústicas.
"Nuestra investigación se basa en el principio de detección fotoacústica", dijo el profesor Fang Yonghua, quien dirigió el equipo, "la celda tiene una estructura especial que permite que el haz de luz se refleje varias veces en la pared interna chapada en oro. y por lo tanto excita una señal fotoacústica más alta".
Simulación de la tasa de reemplazo del gas medido; (a). la posición del tubo de conexión no estaba optimizada; (b). se optimizó la posición del tubo de conexión. Crédito:Li Zhengang
(a). Diagrama esquemático de la configuración de detección fotoacústica; (b). diagrama de estructura mecánica de la celda fotoacústica. Crédito:Li Zhengang
En cuanto a la pared celular fotoacústica de ruido coherente que se produce al absorber energía luminosa, utilizaron modulación de longitud de onda y tecnología de segundo armónico para suprimirla.
Las propiedades diferenciales de la celda fotoacústica también ayudaron a suprimir el ruido incoherente. La celda fotoacústica también se simuló y optimizó en detalle, lo que mejoró aún más la velocidad de reemplazo del gas medido y logró un rendimiento superior.
Los investigadores lo probaron más tarde en el experimento de detección de gas metano y la celda fotoacústica mostró una buena linealidad y sensibilidad.
Cuando la fuente de luz de excitación era un láser de retroalimentación distribuido de infrarrojo cercano (1653 nm) de baja potencia (6 mW), el límite mínimo de detección de 177 ppb se alcanzó en un segundo de tiempo de detección, y el coeficiente de absorción equivalente de ruido normalizado correspondiente fue 4,1 ×10
–10
cm–1WHZ
–1/2
. Esto fue mucho más preciso que los coeficientes de absorción de equivalente de ruido normalizados informados anteriormente, que fueron aproximadamente 10
-8
a 10
-10
ordenar. Sensor ultrasensible miniaturizado de alta sensibilidad para imágenes fotoacústicas
