光声压力传感器设计的频谱分析：理论模型改进与实验验证

摘要： 在脉冲激光光声（PA）检测与光谱应用中，所产生的光声信号基频与传感器谐振频率应尽可能接近，才能有效分析所获信号。为确定光声波的基频，本文提出基于光声波动方程频域解的理论模型方法，用于光声压力传感器设计。为验证该理论模型方法，搭建了光声实验装置并在蒸馏水中进行测量，发现理论与实验测得的光声频谱高度吻合，从而实验验证了该理论模型的有效性。根据该理论模型方法，由实验测量结果获得的基频值平均准确度达±4.212%，进一步测定该误差值可降至±0.267%。基于理论模型方法的成果，我们建议可设计选择性更强、带宽更窄的光声压力传感器以实现更高灵敏度检测。此外，本研究还分析了不同激光参数（如脉宽和光束宽度）对所获光声信号频谱成分的影响，这些分析将有助于为光声检测选择最优参数，从而为声压传感器设计提供重要参考。