Célula fotoacústica otimizada ajuda a reduzir os efeitos de ruídos coerentes e incoerentes

(uma). Resultado da simulação de pressão sonora e (b). Diagrama esquemático da reflexão múltipla da luz na nova célula fotoacústica diferencial de Helmholtz. Crédito:Li Zhengang

Uma equipe do Hefei Institutes of Physical Science da Academia Chinesa de Ciências desenvolveu uma célula fotoacústica diferencial de alta sensibilidade de Helmholtz e a aplicou com sucesso na detecção de metano.
Resultados relevantes foram publicados no Optics Express .

A espectroscopia fotoacústica é uma técnica de espectroscopia de absorção indireta, que obtém a concentração do gás detectando o sinal fotoacústico gerado pelo gás medido. Devido às vantagens de alta sensibilidade, boa seletividade e detecção de fundo zero, a espectroscopia fotoacústica é amplamente utilizada em monitoramento ambiental, diagnóstico médico, análise de combustão, detecção de energia e outros campos.

No entanto, o desempenho da detecção fotoacústica é facilmente afetado por vários ruídos, bem como ruídos coerentes gerados pela parede celular fotoacústica absorvendo energia luminosa. Atualmente, existem poucos relatos de supressão de ruídos coerentes e incoerentes simultaneamente e aumento de sinais fotoacústicos.

"Nossa pesquisa é baseada no princípio da detecção fotoacústica", disse o professor Fang Yonghua, que liderou a equipe, "a célula tem uma estrutura especial, que permite que o feixe de luz seja refletido várias vezes na parede interna banhada a ouro, e, assim, excita um sinal fotoacústico mais alto."

Simulação da taxa de reposição do gás medido; (uma). a posição do tubo de conexão não foi otimizada; (b). a posição do tubo de conexão foi otimizada. Crédito:Li Zhengang
(uma). Diagrama esquemático da configuração de detecção fotoacústica; (b). diagrama da estrutura mecânica da célula fotoacústica. Crédito:Li Zhengang

Quanto à parede celular fotoacústica de ruído coerente produzida ao absorver a energia da luz, eles usaram modulação de comprimento de onda e tecnologia de segundo harmônico para suprimi-la.

As propriedades diferenciais da célula fotoacústica também ajudaram a suprimir o ruído incoerente. A célula fotoacústica também foi simulada e otimizada em detalhes, o que melhorou ainda mais a velocidade de substituição do gás medido ao mesmo tempo em que obteve desempenhos superiores.

Os pesquisadores testaram mais tarde no experimento de detecção de gás metano, e a célula fotoacústica mostrou boa linearidade e sensibilidade.

Quando a fonte de luz de excitação era um laser de feedback distribuído de infravermelho próximo (1.653 nm) de baixa potência (6 mW), o limite mínimo de detecção de 177 ppb foi alcançado dentro de um segundo de tempo de detecção e o coeficiente de absorção equivalente de ruído normalizado correspondente foi de 4,1 ×10^–10 cm–1WHZ^–1/2 . Isso foi muito mais preciso do que os coeficientes de absorção equivalentes de ruído normalizados relatados anteriormente, que eram cerca de 10^-8 para 10^-10 ordem. + Explorar mais