设计了一款拥有双谐振腔的新型石英增强光声光谱测声器。通过开展多气体浓度的快速测量实验,研究了系统的灵敏度及可靠性。实验结果显示该种新颖的 谐振腔结构并未引入新的噪声。双谐振腔的设计大大增强了石英音叉与谐振腔之间的声耦合强度,这一强耦合使传感器的响应时间下降至约5 ms,且上下两通 道单独工作时的归一化噪声等效吸收系数分别达到7.8×10-9 cm-1W/√Hz和8.1×10-9 cm-1W/√Hz。另外,这一 配置提供了两个相互独立的气体检测通道, 为不同波长特别是波长间隔较大的两路激光光信号的相加或相消提供了一种可行性方案,也必将对多组分混合气体的快速在线检测的发展起到极大的推动作用。

设计了声激励和光激励两种非电学快速测量音叉式石英晶振谐振频率的方法。不同于传统的电激励测量法,在外部激励源激发音 叉振动同时,使用一束探测光把音叉振臂的振动信号转化成光强变化信号,从而避免了在测量中压电效应的使用。在声激励实验中, 对比了不同的声波发生器和有无导声管的激励效果,优化了声波激发位置;在光激励实验中,研究优化了光束激发的位置。

研究了音叉式石英晶振的个体尺寸、 安放角度、 探测部位以及外部污染对整个石英增强光声光谱系统(QEPAS)的探测灵敏度影响。 测试了国内外十种不同音, 结果表明顶端为楔形构造的音叉式石英晶振比规则的长方体构造的音叉拥有更高的品质因数(Q值)。 在相同的测试条件下探测水的吸收线(7 306 cm-1)时获得更高的灵敏度, 探测信号的强度相差高达50%。 在研究音叉安放角度对探测信号影响的实验中, 发现音叉的旋转角度与俯仰角度对探测信号的强度几乎没有影响, 但是当光束以角度φ斜入射时, 更多的噪声被带入到测量中。 在正入射的情况下音叉的最佳响应位置在距离音叉底部约3.1 mm。 定性研究了外部杂物污染对音叉频率的影响, 发现随着污染物的附着, 石英音叉的频率会呈现降低的趋势, 提供了一种改变音叉式石英晶振的共振频率的方法, 为石英音叉用于较低调制频率的探测提供了一种理论可能, 这对于石英增强光声光谱技术用于V-T弛豫率较慢的痕量气体检测有重要的意义。