High-sensitivity miniature dual-resonance photoacoustic sensor based on silicon cantilever beam for trace gas sensing.
High-sensitivity miniature dual-resonance photoacoustic sensor based on silicon cantilever beam for trace gas sensing.
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用于微量气体传感的基于硅悬臂梁的高灵敏度微型双谐振光声传感器
DOI：
10.1016/j.pacs.2022.100386
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发表时间：
2022-09
期刊：
影响因子：
7.9
通讯作者：
Mei, Liang
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wu, Guojie;Gong, Zhenfeng;Ma, Junsheng;Li, Haie;Guo, Min;Chen, Ke;Peng, Wei;Yu, Qingxu;Mei, Liang
报道了一种微型双谐振光声传感器，主要由一个小型T型谐振光声池和一个基于硅悬臂梁的集成传感器探头组成。微型T型PA单元的谐振频率与悬臂梁的一阶固有频率相匹配，实现声信号的双谐振。所设计的T型光放大器的体积仅为2.26立方厘米。采用双共振光声（PA）传感器作为探测器和高速光谱仪作为解调器的PA光谱（PAS）系统，已实现高灵敏度甲烷传感。灵敏度和最低检测限分别可达2.0 pm/ppm和35.6 ppm，平均时间为100 s。该传感器具有良好的性能，在亚立方厘米级空间中具有高灵敏度气体传感的潜力。
We report a miniature dual-resonance photoacoustic (PA) sensor, mainly consisting of a small resonant T-type PA cell and an integrated sensor probe based on a silicon cantilever beam. The resonance frequency of the miniature T-type PA cell is matched with the first-order natural frequency of the cantilever beam to achieve double resonance of the acoustic signal. The volume of the designed T-type PA cell is only about 2.26 cubic centimeters. A PA spectroscopy (PAS) system, employing the dual-resonance photoacoustic (PA) sensor as the prober and a high-speed spectrometer as the demodulator, has been implemented for high-sensitivity methane sensing. The sensitivity and the minimum detection limit can reach up to 2.0 pm/ppm and 35.6 parts-per-billion, respectively, with an averaging time of 100 s. The promising performance demonstrated a great potential of employing the reported sensor for high-sensitivity gas sensing in sub cubic centimeter-level spaces.
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