A Highly Sensitive Light-Induced Thermoelastic Spectroscopy Sensor Using a Charge Amplifier to Improve the Signal-to-Noise Ratio

放大器 跨阻放大器 材料科学 信号(编程语言) 检出限 分析化学(期刊) 光电子学 化学 差分放大器 计算机科学 CMOS芯片 色谱法 程序设计语言
作者
Hanxu Ma,Shunda Qiao,Ying He,Yufei Ma
出处
期刊:Sensors [MDPI AG]
卷期号:25 (3): 946-946
标识
DOI:10.3390/s25030946
摘要

A highly sensitive light-induced thermoelastic spectroscopy (LITES) sensor employing a charge amplifier (CA) is reported for the first time in this invited paper. CA has the merits of high input impedance and strong anti-interference ability. The usually used transimpedance amplifier (TA) and voltage amplifier (VA) were also studied under the same conditions for comparison. A standard commercial quartz tuning fork (QTF) with a resonant frequency of approximately 32.76 kHz was used as the photothermal signal transducer. Methane (CH4) was used as the target gas in these sensors for performance verification. Compared to the TA-LITES sensor and VA-LITES sensor, the reported CA-LITES sensor shows improvements of 1.83 times and 5.28 times in the minimum detection limit (MDL), respectively. When compared to the LITES sensor without an amplifier (WA-LITES), the MDL has a 19.96-fold improvement. After further optimizing the gain of the CA, the MDL of the CA-LITES sensor was calculated as 2.42 ppm, which further improved the performance of the MDL by 30.3 times compared to the WA-LITES. Additionally, long-term stability is analyzed using Allan deviation analysis. When the average time of the sensor system is increased to 50 s, the MDL of the CA-LITES sensor system can be improved to 0.58 ppm.

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