随着科学技术的发展以及社会进步的需求,对电力系统变压器油中溶解气体检测以及军事上的有毒气体检测等应用场合对传统的气体检测技术提出了更高的要求,快速即时,小型高灵敏,微量多成份检测成为气体检测系统的一个发展趋势。光声光谱检测技术(PAS)是一种传统的高灵敏光学检测技术,该方法主要基于样品的光声效应间接反映样品特性,如样品浓度以及成分组成。其系统检测灵敏度主要依赖于声传感器的自身的探测灵敏度和对系统主要噪声的抑制能力。早期的光声光谱系统主要是由膜片式麦克风检测光声信号,因此而带来的电学噪声和信号的非线性使系统整体检测灵敏度受到一定的限制。近期有学者提出一种新型的光学悬臂梁麦克风,这种声传感器的应用使光声光谱检测系统的灵敏度大幅提高,但悬臂梁麦克风的抑噪能力却很少有讨论。基于此,我们提出一种基于差分式扭力梁结合亥姆霍兹光声池的高灵敏光声光谱检测系统。本文主要工作与内容将从以下部分进行介绍:(1)首先深入研究与分析了光声光谱检测技术的理论部分,其中研究了光声光谱检测技术声信号产生原理,以及传统的Helmholtz光声池和差分式扭力梁的基础理论;(2)接着通过Comsol仿真软件利用有限元的分析方法结合热粘性声学场,压力声场和固体力学场的多物理场耦合对Helmholtz光声池及差分式扭力梁声传感器两部分分别仿真,在减少低频噪声的情况下通过几何结构设计将其特征频率确定为1kHz以上。首先通过设计实验对加工的亥姆霍兹光声池特性进行测试与仿真结果进行对比,证明了有限元仿真软件的可靠性。接着通过软件仿真以及搭建的激光切割系统对声传感器进行设计加工,最后搭建实验对新提出的扭力梁声传感器与目前最灵敏的悬臂梁声传感器的抑噪能力进行对比,结果表明差分式扭力梁声传感器的抑噪能力较悬臂梁声传感器提高了一个数量级;(3)最后是是气体检测系统的搭建,首先选择待测气体种类以及特征吸收谱线,通过双光束反相方法消除相干噪声,可调谐Helmholtz光声池和扭力梁声传感器共振提高系统Q值,以及扭力梁声传感器对背景噪声的优异抑制能力,结合DFB光源以及后续信号处理部分搭建了高灵敏的光声光谱检测系统来对待测样品进行检测,这种方法将会使系统的检测灵敏度以及信噪比得到大幅提升。