2025年5月15日，西安电子科技大学光电工程学院徐淮良教授团队的刘丽娴副教授在高精度气体监测领域实现重大创新。团队以新型谐振腔设计、多模式复用技术和波形工程调制模式为三大攻关方向，推动气体成分传感技术向响应更敏捷、检测更精准、监测范围更广泛的目标大步迈进。

电子展了解到，针对传统气体监测技术存在的成本高、检测范围窄、设备寿命短等痛点，刘丽娴团队将研究焦点锁定在“光声光谱技术”上。团队发现，每种气体都有其独特的光谱“偏好”，就像人类的指纹一样具有唯一性。当特定波长的激光照射气体时，气体会吸收对应光谱能量并转化为热能，引发声压变化。通过电解麦克风将声信号转化为电信号并放大处理，生成与气体成分和浓度对应的波形图，形成完整的“光-热-声”检测闭环。这一技术突破使得一台设备即可同时监测多种有机和无机气体，彻底改变了传统监测设备“一机一气体”的局限。

为解决设备小型化与高精度检测的矛盾，团队研发出容积仅0.5毫升（约十滴水量）的新型谐振腔。这一核心部件通过三项创新设计实现突破：一是极致微型化设计，大幅缩小设备体积；二是采用低频调制技术，增强抗外界干扰能力，确保监测结果稳定可靠；三是优化信号放大机制，提升气体吸收光后微弱信号的转换效率，显著缩短检测时间。在医疗场景测试中，该设备对吸入式麻醉剂七氟烷的监测表现尤为突出，能更快捕捉到病人呼出气体的成分变化，为手术安全提供更及时的保障。

电子展了解到，团队在光源技术上持续创新，引入量子级联激光器开展波长调制光声光谱技术研究。量子级联激光器是一种中红外半导体激光器。中红外波段是许多气体的特征吸收区域，该激光器可将气体对中红外光的吸收效率提升两个数量级，从源头增强检测信号强度，为高精度探测奠定坚实基础。在实际应用中，团队根据不同检测精度需求灵活选择光源：高精度探测时优先使用量子级联激光器；中精度场景则采用电力和光伏光源，兼顾技术性能与成本控制。

为满足室外便携监测需求，团队采用现场可编程门阵列（FPGA）芯片实现设备集成化。这块仅有A4纸大小的电路板如同设备的“智能心脏”，将激光调控、光声信号锁相解调等功能模块高度集成，在缩小整机体积的同时，提升各模块的协同效率。基于FPGA架构的多物理场耦合技术，设备可根据朗伯比尔定律自动识别气体浓度范围：当气体浓度低至几十ppt（万亿分之一）时，启用光声信号监测模式；浓度升高时，切换至基于气体浓度对频率影响的监测模式，实现二氧化碳等气体从痕量到100%浓度的超大动态范围全量程精准监测。

目前，这款气体监测设备已凭借“体积小、响应快、检测准、量程全”的卓越性能，成为行业内的标杆产品。但刘丽娴团队并未停止探索的脚步，正积极推动设备与人工智能技术的深度融合：一方面利用大数据分析降低环境干扰，提升复杂场景下的检测准确性；另一方面优化人机交互界面，推动设备向智能化、自动化方向升级。这一创新技术不仅为工业安全、医疗诊断、环境治理等领域提供了全新的解决方案，更有望在全球高精度气体监测领域树立新的技术标杆，引领行业未来发展方向。

文章来源：中国新闻网