基于光声效应的新型高灵敏度气体传感器-感算商城

基于光声效应的新型高灵敏度气体传感器

来源：MEMS

发布时间：2026-07-06

近期，德国弗劳恩霍夫物理测量技术研究所（Fraunhofer IPM）的研究团队成功实现了一种基于光声效应的高灵敏度、低成本、紧凑型气体传感器。这项成就为该研究团队赢得了2026年度“约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫奖（Joseph von Fraunhofer Prize）”。

基于光声效应的新型高灵敏度气体传感器

获奖者：Johannes Herbst、Katrin Schmitt和Christian Weber

光声效应已被发现超过150年：气体在受光照射时会升温。脉冲光会产生周期性的压力波动（即声波），而这些声波的频率具有针对特定气体的唯一特征。

尽管基于光声效应的气体传感器灵敏度极高，但此前它仅限于小众应用，主要原因是它依赖谐振器进行声学放大。谐振器对气压、温度或机械应力的微小变化都极为敏感，这往往会影响测量的准确性。

德国弗劳恩霍夫物理测量技术研究所的研究人员在此取得了突破性进展。他们开发出一种新型传感方法，利用小型LED持续测定自身的谐振频率，并据此自动调节光激发。

研究人员巧妙地将这一技术挑战转化为了优势。Christian Weber解释道：“传感器壁会吸收辐射并产生强烈的光声信号。我们现在利用这一壁面结合第二个光源，来快速测量谐振频率。”

因此，即使在环境条件波动的情况下，谐振放大效果也能始终保持稳定。同时，极简的硬件需求使得传感器价格仅为传统光声检测设备的约十分之一。

首个重大应用案例展示了这种基于光声效应的气体传感器简化设计带来的成效。总部位于德国拉尔的供电企业服务商兼设备制造商Schütz Messtechnik，已开始利用该气体传感器技术检测天然气管网的甲烷泄漏。

Johannes Herbst表示：“甲烷气体测量变得既快速又精确，这得益于测量腔体体积的大幅缩小——从以往所需的4升降至现在的约4毫升。此外，小巧的尺寸也使气体监测系统具备了更强的便携性和多功能性。另一个应用领域是气体绝缘开关设备。这项新型气体传感器技术首次实现了对绝缘气体（例如六氟化硫）连续、集成式监测——这是确保可靠监测与提升运行安全的关键前提。”