La cellule photoacoustique optimisée aide à réduire les effets des bruits cohérents et incohérents

(un). Résultat de la simulation de pression acoustique et (b). Schéma de principe de la réflexion multiple de la lumière dans la nouvelle cellule photoacoustique différentielle de Helmholtz. Crédit :Li Zhengang

Une équipe des instituts Hefei des sciences physiques de l'Académie chinoise des sciences a développé une cellule photoacoustique différentielle de Helmholtz à haute sensibilité et l'a appliquée avec succès à la détection du méthane.

Les résultats pertinents ont été publiés dans Optics Express .

La spectroscopie photoacoustique est une technique de spectroscopie d'absorption indirecte, qui obtient la concentration de gaz en détectant le signal photoacoustique généré par le gaz mesuré. En raison des avantages d'une sensibilité élevée, d'une bonne sélectivité et d'une détection de fond nulle, la spectroscopie photoacoustique est largement utilisée dans la surveillance environnementale, le diagnostic médical, l'analyse de la combustion, la détection de puissance et d'autres domaines.

Cependant, les performances de détection photoacoustique sont facilement affectées par divers bruits, ainsi que par des bruits cohérents générés par la paroi cellulaire photoacoustique absorbant l'énergie lumineuse. Actuellement, il existe peu de rapports sur la suppression simultanée des bruits cohérents et incohérents et l'amélioration des signaux photoacoustiques.

"Notre recherche est basée sur le principe de la détection photoacoustique", a déclaré le professeur Fang Yonghua, qui dirigeait l'équipe, "la cellule a une structure spéciale, qui permet au faisceau lumineux d'être réfléchi plusieurs fois sur la paroi intérieure plaquée or, et excite ainsi un signal photoacoustique plus élevé."

Simulation du taux de remplacement du gaz mesuré ; (un). la position du tube de liaison n'était pas optimisée; (b). la position du tube de liaison a été optimisée. Crédit :Li Zhengang
(un). Schéma de principe du dispositif de détection photoacoustique ; (b). schéma de structure mécanique de la cellule photoacoustique. Crédit :Li Zhengang

Quant à la paroi cellulaire photoacoustique à bruit cohérent produite lors de l'absorption de l'énergie lumineuse, ils ont utilisé la modulation de longueur d'onde et la technologie de deuxième harmonique pour la supprimer.

Les propriétés différentielles de la cellule photoacoustique ont également contribué à supprimer le bruit incohérent. La cellule photoacoustique a également été simulée et optimisée en détail, ce qui a encore amélioré la vitesse de remplacement du gaz mesuré tout en obtenant des performances supérieures.

Les chercheurs l'ont testé plus tard dans l'expérience de détection de gaz méthane, et la cellule photoacoustique a montré une bonne linéarité et sensibilité.

Lorsque la source de lumière d'excitation était un laser à rétroaction distribuée dans le proche infrarouge (1 653 nm) de faible puissance (6 mW), la limite de détection minimale de 177 ppb a été atteinte en une seconde de temps de détection, et le coefficient d'absorption équivalent au bruit normalisé correspondant était de 4,1 ×10^–10 cm–1WHZ^–1/2 . C'était beaucoup plus précis que les coefficients d'absorption équivalents au bruit normalisés rapportés précédemment, qui étaient d'environ 10^-8 à 10^-10 ordre. + Explorer plus loin