Simultaneous Detection of Hydrogen and Acetylene Using a Photoacoustic Gas Sensor Based on Frequency Tracking and WMS-2 f Technique

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作者
Zhiyu Feng,Dajuan Lv,Liangming Xiong,Shiyu Yan,Wenzhe Wang,Lili Peng,Ping Lu,Chaotan Sima
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.5c05394
摘要

Insulating materials in high-voltage electrical equipment are subject to decomposition during the early stages of faults, with the release of characteristic gases such as hydrogen (H2) and acetylene (C2H2). However, the current gas detection methods suffer from issues like cross-sensitivity, compactness, and reliability. This paper proposes a photoacoustic spectroscopy (PAS) gas sensor based on a single DFB laser for the simultaneous detection of H2 and C2H2. Specifically, C2H2 serves both as a pump gas for assisting H2 detection and as the target gas itself. Gas detection is implemented by tracking frequency shift caused by changes in sound velocity and extracting harmonic component generated by infrared absorption. By investigating the attenuation effect of H2 gas on PA signals, a calibration model is established, correlating C2H2 concentration with the harmonic peak under different H2 concentrations. Through Allan deviation analysis, the system achieved minimum detection limits (MDLs) of 96 ppm for H2 at 5.6 s integration time and 0.73 ppb for C2H2 at 894 s. The developed system enables integrated gas analysis in hydrogen-rich environments, showing practical potential for in situ monitoring in power systems.
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