“光声光谱气体监测具有小、快、准、顺应性强等劣势。”西安电子科技大学光电工程学院徐淮良传授团队刘丽娴副传授克日在高精度气体监测方面获得新功效，重新型谐振腔设想、多形式复用和波形工程调制形式三方面动身，鞭策气体身分传感手艺向更快呼应、更高精度、更多组分开展，“在光声光谱气体监测方面，我们的手艺今朝该当说与国际开始进手艺是并跑的。”

　　经常使用的气体监测次要经由过程气相色谱、电化学等方法停止，但这些对应的监测仪器存在本钱高、可检测气体有限、利用寿命较短等成绩，怎样可以让气体监测仪本钱低落竞博官方、愈加便携、精确度更高，还能顺应大大都气体差别浓度的检测？

　　“就像人会有喜好的色彩一样，气体也有‘喜好’的光谱，面临‘喜好’的光谱，它们就会显现特定的反响，并且这类‘喜好’是逐个对应的。”恰是因为气体与光谱险些一对一婚配的“指纹”式特征，使得经由过程光来停止气体检测成为能够。

　　气体监测按照场景差别会有差别请求。好比，在一样平常情况下需同时监测出温室气体中差别浓度的二氧化碳、甲烷、氧化亚氮等气体。产业气体走漏、消防救济等场景下，请求气体监测快速且精确，同时监测仪需求只管小，便于挪动转移大概照顾。在二氧化碳的监测中，有寝室呼出气体ppb（十亿分之一浓度）级的监测，也有在丛林等天然情况中百分之几的监测，这就请求气体监测可以满意浓度范畴跨度大的需求。

　　“光对气体顺应性很强，浅显地来讲就是‘不挑食’，只需选对了波段，对任何气体都能够检测。”将调制后的激光打到装有气体的光热池里，吸取了光的气体就会发生热量从而有了声压的变革，电解麦克风探测到变革后将声旌旗灯号转化为电旌旗灯号，颠末放大的电旌旗灯号被处置后便可被响应软件收罗到，就会构成与之对应的波形显现图。“恰是由于光与气的逐个对应，和我们接纳的‘光-热-声’的检测方法，确保了我们这一台机械便可以合用于各类有机、无机气体同时监测。”

　　“固然我们的监测办法对气体自己没有任何消耗，可是思索到装备的使用远景，有些病患可呼出的宇量能够很小，有些救济现场也只要痕量气体，以是我们就要思索用只管少的气体来监测。”气体用量少带来的是高频调控的难度晋级，怎样可以做到低频调控、抗外界扰动？

　　“这台仪器里最中心的部件是我们研发的新型谐振腔，这个腔体容积只要0.5毫升，相称于十滴水巨细，我们经由过程这个腔体的设想，起首满意了微型化，其次完成低频调制，包管不变性，第三是经由过程放大气体吸取光以后的微小旌旗灯号，进步内部转换服从，放慢监测速率。”刘丽娴指实在验台上一台约为1包A4纸巨细的玄色仪器说道：“我们去病院做过经常使用吸入式剂七氟烷的监测，与商用监测仪比拟，我们这台机子可以更快发明病人呼出气体的变革，从而敌手术供给更好的保证。”

　　在对历程停止优化的同时，刘丽娴也在考虑从泉源上予以提拔，她同团队成员一同投入到了量子级联激光器波长调制光声光谱手艺的研讨中。

　　量子级联激光器是一种中红外半导体激光器，之以是挑选中红外波段，是由于很多气体在该波段有吸取带，且吸取线的线宽更契合气体吸取特征的请求，十分合适用于气体传感，刘丽娴注释说:“气体和人一样，有差别的色彩偏好，好比相较于，我更喜好粉色，当看到粉色时我的反响会更激烈。关于气体而言，固然对近红外和中红外波段都挺喜好、都有吸取，可是它们更喜好中红外波段，显现出来的就是吸取更强jbo竞博电子。以是就经由过程量子级联激光器从泉源上把对气体的‘刺激’加大，原始旌旗灯号变大，后续就可以更好地展开研讨。”量子级联激光器可将气体对中红外波段的吸取提拔两个量级，因而，在高精度探测时成为必不成少的得力助手，但在中精度探测时，则会统筹思索本钱成绩，更多利用的是电力和光伏光源等情势。

　　“我们不克不及够把气体都带到尝试室里来测，所觉得了满意更多室外场景的监测需求，装备也要尽能够的小，便于照顾。”处理了探测困难，刘丽娴还要思索装备照顾利用的便利性，一块A4纸巨细的电路板很好地处理了这一成绩。

　　这块电路板就是FPGA，即现场可编程门阵列竞博官方，是一种可完成通勤奋能的可编程逻辑芯片。刘丽娴将一切功用的模块都放在这块电路板上，“如许能够完成团体的松散化小型化笨重化，并且各项功用的耦合性也更好。”

　　基于FPGA构架的激光调控和光声旌旗灯号锁相解调模块，刘丽娴做到了对气体的全量程监测，“今朝市情上的气体监测仪都做不到全量程，全量程监测的观点就是我用一台仪器，在不改换、增长传感器的条件下，对气体完成从极低浓度到高浓度的监测。”根据朗伯比尔定律，在FPGA根底上的多物理场耦合使仪器可主动辨认气体浓度上下，气体浓度极低以至只要痕量级别时用光声旌旗灯号停止监测，浓度高时经由过程气体浓度对频次的影响停止监测，“我们完成了二氧化碳气体几十ppt（万亿分之一）至100%浓度超大静态范畴监测。”

　　小、快、准、全，刘丽娴还在对这台曾经如同“六边形兵士”的气体监测仪停止“晋级”。“我们也在探索与野生智能手艺的分离，不论是大数据帮助降滋扰，仍是优化人机交互，都期望可以在这个赛道做到更好。”（西安电子科技大学供稿）