CN113552212B - 径向腔石英增强光声光谱测声器及其气体探测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光声光谱测声器，包括：具有中心轴线和垂直于中心轴线的对称线的圆柱筒；设置在圆柱筒入口端的入射窗口；设置在圆柱筒的出口端的透光的出射窗口；设置在圆柱筒外壁的进出气口；由入射和出射窗口之间封闭的径向腔气室；在径向腔气室内固定布置的石英音叉，使得圆柱筒的对称线沿石英音叉的两叉臂之间的缝隙中间穿入石英音叉座，并且圆柱筒的中心轴线垂直地通过石英音叉的两叉臂之间的缝隙。还涉及一种气体探测装置，包括上述的光声光谱测声器。本发明采用的径向共振模式对谐振腔的长度要求低，使得光束准直更便利；以强径向共振模式还使得输出信号有了大幅度增强；而径向腔可以同时用作谐振腔和气室，简化结构及减少体积。

Description

径向腔石英增强光声光谱测声器及其气体探测装置

技术领域

本发明涉及气体传感技术，具体涉及一种径向腔石英增强光声光谱(RC-QEPAS)测声器及采用该测声器的气体探测装置。

背景技术

光声光谱(PAS)是一种有着高灵敏度，高选择性，大动态范围优点的零背景光学气体传感技术。PAS的原理是气体分子在被激光照射后发生非辐射跃迁从而产生局部压力。假如激光是被调制的，产生的局部压力会周期性地变化，形成声波。与其他激光吸收光谱相比，光声光谱最大的特点是不依赖光传播路径的长度，允许在体积很小的样品中吸收程长度较短，浓度响应呈高度线性。作为PAS的一个变种，石英增强光声光谱技术(QEPAS)自从它2002年被发明以来迅速发展。在QEPAS中，具有压电性能的强烈共振的石英音叉(QTF)被用作把声音信号转化为电信号的换能器。由于QTF有着成本低、体积小、高Q值的优点，QEPAS传感器相比传统光声光谱传感器更加紧凑，有着更强的抗噪声能力。得益于QEPAS的这些优点，它被广泛引用于大气污染物监测、农业与工业以及医学诊断过程控制。近年来，QEPAS被应用在监测汽车排放到大气气体中一氧化氮和甲烷的监测。

为了提升QEPAS传感器的性能，微型声学谐振腔(AmR)被用来产生声学谐振以增强声音信号，例如用于同轴石英增强光声光谱(on-beam QEPAS)装置、旁轴石英增强光声光谱(off- beam QEPAS)装置以及它们的变种。到目前为止，所有这些QEPAS装置都是基于轴向的共振，这需要谐振腔的长度远大于它的直径。在QEPAS中，激光光束通常需要穿过音叉两臂之间大约为300μm的间隙和一根或多根直径为几百微米、全长大约9cm或更长的细管。谐振腔必须被精确地放置在距离音叉平面大约几百微米的位置以得到一个强的耦合。QEPAS的信号与 QTF的谐振频率成反比，当气体分子的振转弛豫率较低时，低谐振频率的QTF表现更好。但是低的谐振频率会导致谐振腔更长。在这种情况下，特别是在使用长波长光源(比如量子级联激光器和THz光源)的时候，光束准直难度更大。

发明内容

本发明提供一种径向腔石英增强光声光谱测声器及采用该测声器的气体探测装置，旨在至少解决现有技术中存在的解决目前的一维轴向谐振模式的QEPAS中光束难以准直、谐振腔搭建精度要求高等技术问题之一。

本发明的技术方案涉及一种光声光谱测声器，包括：圆柱筒，所述圆柱筒具有中心轴线和垂直于所述中心轴线的对称线；设置在所述圆柱筒的入口端的透光的入射窗口；设置在所述圆柱筒的出口端的透光的出射窗口；设置在所述圆柱筒外壁的进气口和出气口，其中优选地，所述进气口和出气口可以相对于所述对称线对称布置；由所述入射窗口和所述出射窗口之间封闭的径向腔气室，所述径向腔气室与所述进气口和所述出气口连通；在所述径向腔气室内固定布置的石英音叉，使得所述圆柱筒的对称线沿所述石英音叉的两叉臂之间的缝隙中间穿入石英音叉座，并且所述圆柱筒的中心轴线垂直地通过所述石英音叉的两叉臂之间的缝隙。

进一步，所述入射窗口和所述出射窗口由近红外光的高透光材质的薄片组成；所述入射窗口和所述出射窗口分别与所述圆柱筒的对称线的夹角为4°至6°，优选为5°。

进一步，所述石英音叉为标准尺寸的强烈共振型石英音叉；所述圆柱筒的所述径向腔气室的腔半径尺寸为6mm至6.6mm；所述圆柱筒的所述径向腔气室的腔长度尺寸为6.5mm至 7.5mm。

进一步，所述圆柱筒的所述径向腔气室的腔半径尺寸为6.4mm；所述圆柱筒的所述径向腔气室的腔长度尺寸为6.9mm。

进一步，所述圆柱筒通过螺纹孔与所述进气口和所述出气口的柱体连接。

进一步，所述圆柱筒由铝合金材料组成。

本发明的技术方案还涉及一种气体探测装置，包括所述的光声光谱测声器。

进一步，所述的气体探测装置还包括：函数发生器；与所述函数发生器的调制信号输出端连接的驱动板；由所述驱动板驱动的激光器；设置在所述激光器的出射光路的透镜组，其中所述光声光谱测声器位于所述透镜组的出射光路；位于所述光声光谱测声器的径向腔气室的出射光路的功率计；与所述光声光谱测声器的石英音叉第一引脚连接的地线；与所述光声光谱测声器的石英音叉第二引脚连接的前置放大器；与所述前置放大器的输出端连接的锁相放大器，所述锁相放大器与所述函数发生器的同步信号输出端连接；具有数据采集卡的计算设备，所述数据采集卡与所述锁相放大器的输出端以及所述功率计的输出端连接。

进一步，所述的气体探测装置，还包括：机械泵，所述机械泵通过气体流量控制阀连接至所述光声光谱测声器的出气口；压力计和滤芯，所述滤芯通过压力计连接至所述光声光谱测声器的进气口，其中，当所述气体流量控制阀使所述机械泵工作且连通所述出气口时，被探测的气体通过滤芯去除杂质后被通过所述进气口吸入到所述径向腔气室，并且整个气路的气压被压力计测量。

本发明的技术方案还涉及一种气体探测方法，包括以下步骤：

A、触发激光器在谐振腔中产生光路，以石英音叉的固有频率调制激光器的工作电流，使激光器的输出光的波长扫过目标气体吸收线，然后调制激光器的工作电流的深度，直至石英音叉引脚之间的输出光声电信号达到预定幅值；

B、在所述光声光谱测声器中的目标气体在激光激发时，采集所述石英音叉的引脚之间的电信号，并经过前置和锁相的信号放大处理后转换并储存为光声信号计数值；

C、根据预先标定的光声信号计数值与目标气体浓度的线性关系，计算当前的光声信号计数值所对应的目标气体浓度值。

本发明的有益效果是：

一、本发明的光声光谱测声器采用的径向共振模式对谐振腔的长度要求低，这使得光束准直更加便利；

二、本发明的光声光谱测声器以强径向共振模式使得QEPAS信号有了大幅度的增强，从而提高输出信号的信噪比；

三、径向腔可以同时用作谐振腔和气室，这简化了传感器的结构以及减小了气体样品的体积。

附图说明

图1是根据本发明的实施例中的光声光谱测声器的立体图，其中窗口零件以透明化显示。

图2是根据本发明的实施例中的光声光谱测声器的剖视图。

图3a为基于RC-QEPAS的光声光谱测声器中声压分布的仿真图。

图3b为光声光谱测声器仿真验证中的声压级与距中心轴线距离d的关系图。

图3c为光声光谱测声器仿真验证中的声压级与腔半径R的关系图。

图3d为光声光谱测声器仿真验证中的声压级与腔长度L的关系图。

图4为根据本发明的实施例中的气体探测装置的结构框图。

图5为裸音叉和RC-QEPAS的共振曲线图。

图6为裸音叉和RC-QEPAS的二次谐波信号图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。

参照图1和图2，在一些实施例中，根据本发明的一种光声光谱测声器5包括：圆柱筒 50、布置在圆柱筒50的径向腔气室56内的石英音叉55、入射窗口51和出射窗口52。圆柱筒50的外壁还设有进气口53和出气口54。在这些实施例中，限定圆柱筒50具有中心轴线(A1)和垂直于中心轴线(A1)的对称线(A2)。

优选地，本发明采用的是一个直径与长度相比拟的铝制的圆柱筒50，以容易加工和保证精度。石英音叉55为标准尺寸的强烈共振型石英音叉55(QTF)，使用的是谐振频率为32768 Hz的音叉。其中，QTF振臂的宽度、厚度和间隙分别为600μm，330μm和300μm。

图1所示的中心轴线(A1)的激光(LA)的传播方向为图2所示的从左到右的方向。其中，入射窗口51设置在圆柱筒50的激光(LA)的入口端；出射窗口52设置在圆柱筒50的激光(LA)的出口端。进气口53和出气口54相对于对称线(A2)对称布置。入射窗口51和出射窗口52由近红外光的高透光材质(比如CaF₂)的薄片制成。优选地，入射窗口51和出射窗口52相向地倾斜安装，使其分别与圆柱筒50的对称线(A2)的夹角为4°至6°，更优选地约为5°。倾斜安装的入射窗口51和出射窗口52可以避免激光(LA)通过窗口时出现干涉现象的影响。

由入射窗口51和出射窗口52之间的封闭空间中的径向腔气室56(也称微型气室)，径向腔气室56与进气口53和出气口54连通。应理解的“径向”气室是指垂直于中心轴线而径向分布的气室。石英音叉55在径向腔气室56内固定布置，使得圆柱筒50的对称线(A2)沿石英音叉55的两叉臂之间的缝隙中间穿入石英音叉55座，并且圆柱筒50的中心轴线(A1) 垂直地通过石英音叉55的两叉臂之间的缝隙。因此，本实施例中的对称和垂直的几何关系的位置布置，方便激光的准直操作。此外，考虑机械加工方便，圆柱筒50可以通过螺纹孔与进气口53和出气口54的柱体连接。

在进一步的实施例中，径向腔气室56的优化尺寸可以通过以下方式计算得到。应理解，本发明中的优化设计的尺寸不是通过有限次实验而简单获得，而是需要创造性的劳动计算而得到，其理由和过程也是通过以下的计算方式和仿真来说明。

首先，径向腔气室56的光声池里的声压可以用等式(1)来描述：

式中c为声速，γ是绝热系数，H是热源的强度。光声池中的本征共振模有齐次波动方程和边界条件决定，如下：

式中L和R分别是径向腔的长度和半径，如图2和图3a所示。m，n和i分别是方位角模式、轴向模式和径向模式的特征值的指数。无损耗的圆柱形谐振腔的谐振频率表示为：

式中α_mi是m阶贝塞尔函数的一阶导数的第i个零点(单位为π)。现有技术中所有QEPAS谐振腔都是基于一维轴向共振模式，mni指数对应为(0，1，0)模式。本发明实施例中使用的是一阶径向模式，也就是(0，0，1)模式。而且本实施例中使用的是谐振频率为32768Hz，也就是径向腔的一阶径向共振频率f₀₀₁的标准石英音叉55。因此，可以通过式(3)求解径向腔的尺寸R和L，同时结合式(2)的边界条件，获得较大的声压级结果。经过理论计算，圆柱筒50的径向腔气室56的腔半径尺寸为6mm至6.6mm，优选为6.4mm；圆柱筒50的径向腔气室56的腔长度尺寸为6.5mm至7.5mm，优选为6.9mm。

然后，根据本发明的径向腔石英增强光声光谱测声器中的声压分布可以通过有限元模拟仿真。其中，QTF振臂的宽度、厚度和间隙分别被设为600μm，330μm和300μm。径向腔的半径和长度分别被设为6.4mm和6.9mm。压力声学模块被使用。径向腔的壁和QTF的表面被设为硬声场边界。预设，一个圆柱形的频率为32768Hz的单极域源被用作为声源。材料设为空气，室温下空气中的声速为343m/s。

获得的径向腔中的声压分布如图3a所示。声压在距中心轴线距离d＝0mm处最大(>16 dB)，随着d的增大而变小并且在d为大约4mm处下降为0。当d再继续增大时，声压以一个相反的相位增大，如图3a和3b所示。

此外，径向腔的半径和长度对声压分布的影响也已被分析。图3c描述了QTF两臂之间的声压级与径向腔半径的关系。由于室温下空气中的声速为343m/s以及谐振频率确定为32768 Hz，腔半径从6mm到6.6mm范围内的声压级被模拟仿真。峰值在半径为6.4mm的时候达到 16.60dB。半高全宽为0.0159mm，相应的Q值为大约400。优化的腔半径被设为6.4mm，声压级和腔长度的关系如图3c所示。当L从6.5mm增大到6.9mm时QTF两臂之间的声压级从-1.98dB增大到16.60dB。当L超过6.9mm时，声压开始下降。最终得到最优的腔半径为6.4mm，腔长度为6.9mm，与上述实施例中的理论计算相一致。

因此，对比于传统的光声光谱测声器5的QEPAS谐振腔皆是采用一维轴向共振模式(光声光谱测声器5中需要采用细长的不锈钢管作为声学谐振腔，不利于光束的准直以及安装的精度要求高)，本发明中采用径向共振模式，采用一个径向共振的圆柱腔同时作为声学谐振腔和气室，既可以利用径向共振来显著增强声音信号，又可以作为气室使得整个光谱测声器结构变得更紧凑，且气室的体积变得更小。

参照图4，在根据本发明的实施例中，采用该测声器的气体探测装置，包括函数发生器1、驱动板2、激光器3、透镜组4、上述实施例的光谱测声器5、功率计6、机械泵7、气体流量控制阀8、压力计9、滤芯10、前置放大器14、锁相放大器15、带数据采集卡的计算设备16。

光谱测声器5的石英音叉55的第一引脚12连接到地线11。函数发生器1的调制信号输出端连接有激光器驱动板2。激光器驱动板2驱动DFB激光器3。DFB激光器3的出射光路上设有透镜组4、准直器和光谱测声器5。石英音叉55的第二引脚13通过前置放大器14连接有一个锁相放大器15。计算机设备16带有数据采集卡。锁相放大器15的信号输出端与数据采集卡的一个信号输入端相连接。数据采集卡的信号输出端与计算机的信号输入端相连接。函数发生器1的同步信号输出端与锁相放大器15的同步信号输入端相连接。径向腔气室56的出射光路上设有功率计6。功率计6的信号输出端与数据采集卡的另一个信号输入端相连接。功率计6被放置在光谱测声器的出射窗口52处来探测出射光的功率。

函数发生器1的一个调制频率为f₀的正弦波送到激光器驱动板2上，激光器驱动板2可以调节控制激光器3的注入电流和温度。激光器3的发射中心波长对应待测气体的目标吸收线。激光器3发出的光经过透镜4进行光学整形后进入光谱测声器5，如图1所示。准直光束先穿过由CaF₂制成的入射窗口51，然后进入石英音叉55。由石英音叉55出射的光束通过微型气室56后由出射窗口52出射。由出射窗口52出射的光进入功率计6，对其进行功率探测。微型气室56有一个进气口53和一个出气口54可以保证待测气体可以顺畅进入微型气室56，测量时气体在微型气室56内均匀混合。出气口54与一个带有气体流量控制阀8的机械泵7相连，进气口53顺次和压力计9和滤芯10相连。当机械泵7工作时，外界气体通过滤芯10去除杂质后被吸入微型气室56，整个气路的压力被压力计9测量，气体流速被气体流量控制阀8控制。由激光器3发出的激发光激发待测气体产生声波，声波推动音叉振动进而产生电信号并由引脚13输出。电信号第一步经过前置放大器14进行信号放大和处理，然后送入到锁相放大器15进行二次谐波解调。锁相放大器15解调的参考信号来自函数发生器1 的同步端口。经过锁放解调的信号送入带有数据采集卡的计算机设备16，以采集并记录数据。此外，还可以实时在线的将所测的待测气体浓度并显示在移动计算机上，具有高精度、便携性强、在线监测的功能。

因此，对恒量气体进行检测时，先选定与光源的中心波长接近的目标探测线。通过DFB激光器3的温控电路锁定激光器3温度，通过控制驱动电流，使激光器3的波长扫过目标吸收线。具体的是采用二次谐波探测技术，激光器3的电流被函数发生器1发生的f/2信号频率调制，其中f为所用音叉的谐振频率。待测气体被激光激发后，退激发产生的声波信号被QTF 采集并将其转化为相应的电信号。电信号依次经过前置放大器14、锁放，然后通过数据采集卡进入计算机设备的系统。数据经过软件计算后，最终将气体浓度信息以人机交互式界面显示在屏幕上。对某种气体进行测量时，应事先通过已知浓度的标准气进行定标，标定后的装置就能对该种气体进行测量。在一个实施例中，根据本发明的气体探测方法，包括以下步骤： A、触发激光器在谐振腔中产生光路，以石英音叉的固有频率调制激光器的工作电流，使激光器的输出光的波长扫过目标气体吸收线，然后调制激光器的工作电流的深度，直至石英音叉引脚之间的输出光声电信号达到预定幅值；B、在光声光谱测声器中的目标气体在激光激发时，采集石英音叉的引脚之间的电信号，并经过前置和锁相的信号放大处理后转换并储存为光声信号计数值；C、根据预先标定的光声信号计数值与目标气体浓度的线性关系，计算当前的光声信号计数值所对应的目标气体浓度值。

在更具体的实施例中，基于本发明的采用该测声器的气体探测装置的工作方式如下。

首先采用1.39μm的近红外光纤耦合分布式反馈(DFB)半导体激光器3用作为激励源。然后将高精度的半导体激光器驱动板2用来控制半导体激光器3的温度和注入电流。二次谐波波长调制技术被用来提高QEPAS的探测灵敏度。用信号发生器产生周期为400s的三角波和频率为f₀/2的正弦波(f₀为光谱测声器的谐振频率)。二次谐波波长调制技术被用来减小由于杂散光的背景噪声和其他气体吸收线串扰的影响。激光光束通过一个自聚焦透镜(OZ optics)来聚焦通过QTF两臂间隙。自聚焦透镜的焦距为11mm以及光腰的直径为大约100 μm。QTF输出的电信号被一个10MΩ的定制跨阻抗前置放大器14进行放大。锁相放大器15 被用来解调二次谐波信号。通过计算机设备上的LabView程序对气体探测装置整体系统进行控制和计算气体的浓度。

在一个验证实例中，裸音叉和本发明的RC-QEPAS的谐振特性被比较。在RC-QEPAS中，一个半径为6.4mm，长度为6.9mm的径向腔被耦合到QTF上达到一个最佳的径向共振效果。 RC-QEPAS和裸音叉的共振曲线如图5所示。QTF的谐振频率在被耦合到径向腔后从32780.8 Hz变化到32777.1Hz。并且共振的强度也比裸音叉腔2倍以上。RC-QEPAS的Q值(8220) 比裸音叉的Q值(10446)要更低。一个低的Q值说明QTF和径向腔之间有一个较强的耦合。

在一个验证实例中，裸音叉和本发明的RC-QEPAS的二次谐波信号如图6所示。激光器温度被设为17.6℃。注入电流从43mA变化到57mA，对应的发射波长为从7194.4cm^-1到7195.1cm^-1。根据Hitran数据库，位于7194.8cm^-1，吸收线强为3.07x10^-21cm/mol的水吸收线被选定。如图5所示，RC-QEPAS的二次谐波信号的峰值电压为2.2mV，裸音叉装置的二次谐波信号的峰值为0.195mV。RC-QEPAS和裸音叉所得到的1σ噪声分别为1.87x 10^-3mV和1.69x10^-3mV。最终得出RC-QEPAS的信噪比相比于裸音叉增大超过一个数量级。

以上所述，只是本发明的一些较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种光声光谱测声器(5)，其特征在于，包括：

圆柱筒(50)，所述圆柱筒(50)具有中心轴线(A1)和垂直于所述中心轴线(A1)的对称线(A2)；

设置在所述圆柱筒(50)的入口端的透光的入射窗口(51)；

设置在所述圆柱筒(50)的出口端的透光的出射窗口(52)；

设置在所述圆柱筒(50)外壁的进气口(53)和出气口(54)；

由所述入射窗口(51)和所述出射窗口(52)之间封闭的径向腔气室(56)，所述径向腔气室(56)与所述进气口(53)和所述出气口(54)连通；

在所述径向腔气室(56)内固定布置的石英音叉(55)，使得所述圆柱筒(50)的对称线(A2)沿所述石英音叉(55)的两叉臂之间的缝隙中间穿入石英音叉(55)座，并且所述圆柱筒(50)的中心轴线(A1)垂直地通过所述石英音叉(55)的两叉臂之间的缝隙。

2.根据权利要求1所述的光声光谱测声器(5)，其特征在于，

所述入射窗口(51)和所述出射窗口(52)由近红外光的高透光材质的薄片组成；

所述入射窗口(51)和所述出射窗口(52)分别与所述圆柱筒(50)的对称线(A2)的夹角为4°至6°。

3.根据权利要求1或2所述的光声光谱测声器(5)，其特征在于，

所述石英音叉(55)为标准尺寸的强烈共振型石英音叉(55)；

所述圆柱筒(50)的所述径向腔气室(56)的腔半径尺寸为6mm至6.6mm；

所述圆柱筒(50)的所述径向腔气室(56)的腔长度尺寸为6.5mm至7.5mm。

4.根据权利要求3所述的光声光谱测声器(5)，其特征在于，

所述圆柱筒(50)的所述径向腔气室(56)的腔半径尺寸为6.4mm；

所述圆柱筒(50)的所述径向腔气室(56)的腔长度尺寸为6.9mm。

5.根据权利要求1所述的光声光谱测声器(5)，其特征在于，

所述圆柱筒(50)通过螺纹孔与所述进气口(53)和所述出气口(54)的柱体连接。

6.根据权利要求1所述的光声光谱测声器(5)，其特征在于，

所述圆柱筒(50)由铝合金材料组成。

7.一种气体探测装置，其特征在于，包括根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的光声光谱测声器(5)。

8.根据权利要求7所述的气体探测装置，其特征在于，还包括：

函数发生器(1)；

与所述函数发生器(1)的调制信号输出端连接的驱动板(2)；

由所述驱动板(2)驱动的激光器(3)；

设置在所述激光器(3)的出射光路的透镜组(4)，其中所述光声光谱测声器(5)位于所述透镜组(4)的出射光路；

位于所述光声光谱测声器(5)的径向腔气室(56)的出射光路的功率计(6)；

与所述光声光谱测声器(5)的石英音叉第一引脚(12)连接的地线(11)；

与所述光声光谱测声器(5)的石英音叉第二引脚(13)连接的前置放大器(14)；

与所述前置放大器(14)的输出端连接的锁相放大器(15)，所述锁相放大器(15)与所述函数发生器(1)的同步信号输出端连接；

具有数据采集卡的计算设备，所述数据采集卡与所述锁相放大器(15)的输出端以及所述功率计(6)的输出端连接。

9.根据权利要求8所述的气体探测装置，其特征在于，还包括：

机械泵(7)，所述机械泵(7)通过气体流量控制阀(8)连接至所述光声光谱测声器(5)的出气口(54)；

压力计(9)和滤芯(10)，所述滤芯(10)通过压力计(9)连接至所述光声光谱测声器(5)的进气口(53)，

其中，当所述气体流量控制阀(8)使所述机械泵(7)工作且连通所述出气口(54)时，被探测的气体通过滤芯(10)去除杂质后被通过所述进气口(53)吸入到所述径向腔气室(56)，并且整个气路的气压被压力计(9)测量。

10.一种基于权利要求7至9中任一权利要求所述的气体探测装置的气体探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、触发激光器(3)在谐振腔中产生光路，以石英音叉(55)的固有频率调制激光器(3)的工作电流，使激光器(3)的输出光的波长扫过目标气体吸收线，然后调制激光器(3)的工作电流的深度，直至石英音叉(55)引脚之间的输出光声电信号达到预定幅值；

B、在所述光声光谱测声器(5)中的目标气体在激光激发时，采集所述石英音叉(55)的引脚之间的电信号，并经过前置和锁相的信号放大处理后转换并储存为光声信号计数值；

C、根据预先标定的光声信号计数值与目标气体浓度的线性关系，计算当前的光声信号计数值所对应的目标气体浓度值。

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