正交相位调制气体传感器

利萨茹解耦双通道

一种基于正交相位调制与利萨茹模式解耦的光诱导热弹性光谱传感器，能在单一石英音叉上同时独立测量两种气体，无需时分复用或额外通道。

Hanxu, Ma · Qiao, Shunda · 何影 · Sun, Haiyue · 马欲飞

Reports on Progress in Physics 2026

具体参数

CH₄ 检测限

{'zh': '0.32', 'en': '0.32'} ppm

C₂H₂ 检测限

{'zh': '0.29', 'en': '0.29'} ppm

CH₄ 平均相对系统误差

{'zh': '0.54', 'en': '0.54'} %

C₂H₂ 平均相对系统误差

{'zh': '0.79', 'en': '0.79'} %

CH₄ 归一化噪声等效吸收系数

{'zh': '5.09×10⁻⁹', 'en': '5.09×10⁻⁹'} cm⁻¹·W·Hz⁻¹ᐟ²

C₂H₂ 归一化噪声等效吸收系数

{'zh': '6.18×10⁻⁹', 'en': '6.18×10⁻⁹'} cm⁻¹·W·Hz⁻¹ᐟ²

技术优势

单通道测两种气体

两个激光器以相同频率、45°相位差调制，合束后共激一个石英音叉，通过锁定放大器的正交解调同时得到两个气体浓度。

解耦抑制串扰

通过建立石英音叉在双路正交相位调制下的二维受迫振动模型，揭示了振动模式耦合机制，为抑制通道串扰提供了理论依据和优化途径。

应用场景

• 多组分气体监测：替代多通道或时分系统，一只音叉同时测两种气体。
• 痕量气体分析：检测限低至亚 ppm 级，可直接分析痕量 CH₄ 和 C₂H₂。
• 光谱传感：提供正交解调的光热光谱方案，简化光学系统并提高稳定性。
• 环境监测：实时在线监测 CH₄ 和 C₂H₂，可用于泄漏检测与排放评估。