电力与电子技术Power&ElectronicalTechnology电子技术与软件工程ElectronicTechnology&SoftwareEngineering115二氧化碳尽管其在大气中含量很低，但作为一种重要的温室气体其体积分数上涨对环境造成的影响却不容忽视。当前的二氧化碳检测手段通常为非色散红外（NDIR）传感器，其优点在于特异性优秀，不容易产生交叉吸收，但是其原理决定了要想获得在较低浓度小的信号，就要扩大传感器的尺寸，无法满足微型化、集成化的要求。光声传感器是NDIR型传感器之后新兴的一类气体传感器，相对于现有的NDIR传感器，其灵敏度、和检测限均有着很大的提升，在小型化方面，光声传感器更是独具优势。1光声传感器原理光声气体传感器系统的基本原理就是气体分子因为能够吸收某种定波长的光而被激发，当吸收光子后处在受激状态下的气体分子可以通过无辐射跃迁的方式释放出能量时，气体的温度会上升，而当入射光成周期性输入时，气体分子也随之周期性的发生热膨胀，进而形成热声波。关于光声气体传感器系统独特选择性的来源，这是因为每种物质分子都有着其独特的吸收光谱，当待测气体被特定波长的光照射时，待测气体中只有目标气体成分才会发生对该波段的光产生强烈的吸收。通过检测被激发出的热声波的强度就可以确定待测样品中目标气体成分的含量。该原理示意图如图1所示[1]：光声效应，其入射能量以光的形式，但是用于反映物质浓度的信号却不用对光来进行检测和分析，而是直接对分子和红外光发生相互作用产生的其他形式的信号进行分析。在光声效应过程中，气体分子会吸收对应频率的光子，并以热能的形式将吸收的能量释放出来，进而产生热声波。光声系统即是通过检测该热声波来确定被气体分子吸收的能量，当输入的光功率固定时，则激发出的热声波强度和气体分子浓度成正比。在上述气体分子吸收光子的过程中，目标气体对光的吸收成遵循朗伯-比尔定律：I=I0(e-αlx)（1）上式中，I代表出射光的光强，I0代表入射光的光强，α为气体对入射光的吸收系数，l为吸收路径的长度，x为目标气体的浓度。NDIR技术通过比较出射光的光强I和入射光光强I0的衰减程度来判断目标气体的含量。这对于低浓度、低吸收的目标气体则难以达到理想的灵敏度。而光声法测量气体浓度则可以通过检测声波的办法来检测目标气体分子对入射光的吸收的的能量，属于一种无背景检测办法，增加入射光的光强，并采用低噪声声学检测技术，就可以获得极高的灵敏度和更小的检测限。光声CO2传感器建模及仿真钱丽勋刘...
