Cảm biến LITES (Laser-Induced Thermal Emission Spectroscopy) đồng thời cho CH4 (Methane) và C2H2 (Acetylene) sử dụng buồng đa đường truyền (MPC) không gian hẹp (LSDM) kết hợp với bộ cộng hưởng Quartz Tuning Fork (QTF) đầu hình thang đang nổi lên như một giải pháp hiệu quả cho việc giám sát khí. Sự kết hợp này cho phép đo đồng thời cả hai loại khí với độ nhạy cao.
Trong cảm biến này, LSDM-MPC tăng cường tương tác giữa ánh sáng laser và các phân tử khí, trong khi QTF đầu hình thang hoạt động như một bộ chuyển đổi quang âm hiệu quả. Sự cộng hưởng cơ học của QTF được kích thích bởi sự hấp thụ ánh sáng laser bởi CH4 và C2H2, tạo ra tín hiệu có thể đo được.
The responses of PD1 to path 1 and path 2, respectively. Insert: The absorbance of 200 ppm CH4 at 6057.08 cm−1. (b) The responses of PD2 to path 1 and path 2, respectively. Insert: The absorbance of 200 ppm C2H2 at 6534.37 cm−1.)
Việc sử dụng hai đường dẫn quang học cho phép đo đồng thời CH4 và C2H2. Mỗi đường dẫn được tối ưu hóa cho sự hấp thụ của một loại khí cụ thể, cho phép phát hiện chọn lọc.
Hình dạng đầu hình thang của QTF cải thiện hiệu quả thu thập nhiệt và tăng cường tín hiệu quang âm, dẫn đến độ nhạy phát hiện cao hơn cho cả CH4 và C2H2.
2f signal amplitude of 200 ppm CH4 with different modulation depth based LITES sensor. (b) 2f signal amplitude of 200 ppm C2H2 with different modulation depth based LITES sensor.)
Độ sâu điều chế laser ảnh hưởng đến biên độ tín hiệu 2f (second-harmonic) trong kỹ thuật WMS (Wavelength Modulation Spectroscopy). Việc tối ưu hóa độ sâu điều chế là rất quan trọng để đạt được tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) cao nhất.
Relationship between 2f peak value of CH4 LITES and output power of RFA. Insert: 2f WMS signal waveform of CH4. (b) Relationship between 2f signal amplitude of C2H2 LITES and output power of EDFA. Insert: 2f WMS signal waveform of C2H2.)
Công suất laser là một yếu tố quan trọng khác ảnh hưởng đến hiệu suất của cảm biến. Việc tăng công suất laser thường dẫn đến tín hiệu mạnh hơn, nhưng cũng có thể làm tăng mức nhiễu.
Noise level and SNR of CH4 detection with different output power of RFA. Insert: Noise signal at maximum output power of RFA. (b) Noise level and SNR of C2H2 detection with different output power of EDFA. Insert: Noise signal at maximum output power of EDFA.)
Việc phân tích phương sai Allan được sử dụng để đánh giá độ ổn định và giới hạn phát hiện của cảm biến. Phương pháp này cho phép xác định thời gian tích hợp tối ưu để đạt được độ nhạy cao nhất.
Allan variance analysis of path 1 for CH4 detection. (c) Allan variance analysis of path 2 for C2H2 detection.)
Concentration responses of dual-gas LITES sensor based on LSDM-MPC and trapezoidal-head QTF. (b) The linear relationship between 2f signal amplitude and concentration of CH4 and C2H2.)
Cảm biến LITES đồng thời CH4/C2H2 dựa trên LSDM-MPC và QTF đầu hình thang cho thấy tiềm năng lớn cho các ứng dụng giám sát môi trường, an toàn công nghiệp và chẩn đoán y tế.
