基于光声光谱的二氧化碳测量技术研究

光声光谱技术是一种以光声效应为基础,具有响 应速度快、测量时间短、检测灵敏度 高等优点的新型光谱分析检测技术,已成为一种快速、安全、可靠的痕量气体检测手段。本 文利用中心波长位于2.0 μm的分布反馈式可调谐二极管激光器作为 光源,搭建了二氧化碳(C O₂)光声光谱测量系统,实验中采用对样品气体加湿的方式,通过引入弛豫速率快的H₂O 分子 有效降低CO₂分子的弛豫时间,增加了CO₂气体的光声信号强度,提高了系统的探测灵敏 度。 测量中选取4998.35 cm－1处的CO₂吸 收谱线为研究对象,结合波长调制技术,对CO₂气体进 行了探测研究。首先通过对系统的评估,确定了系统的最佳调制频率和最佳调制振幅为785 Hz和7.586 cm－1。然后通过对一系列 不同浓度的CO₂-N₂混合样品气体在最优实验条件下的测 量研究发现,所测光声信号与CO₂气体浓度之间具有良好的线性关系,进而反演出大气中C O₂气体的含量,其浓度值约为3.82×10－4。最后利用此系统对 室外大气中CO₂含量进行了连续 24小时的连续实时测量,得到了CO₂气体在一天中的浓度变化情况,并利用Allan方差对系 统 的长期稳定性进行了分析,当系统平均时间为1000 s时,探测灵敏度 约为1×10－7,证实了系统具有良好的稳定性和探测灵敏度。