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一氧化碳（CO）是环境污染物的重要组成部分,同时也是一种无色无味的剧毒气体,它产生于发电、化石燃料或其他含碳燃料的不完全燃烧活动中。环境中的CO能与羟基发生反应,间接加剧全球变暖;医疗中,CO可作判断哮喘、糖尿病等疾病的指标。因此,对于CO的高灵敏度探测在各个方面都具有重要的影响。石英增强光声光谱技术（Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy,QEPAS）是一种基于光声效应的新型气体探测技术,具有成本低、灵敏度高、响应时间快等优点,目前是探测易燃易爆或有毒气体的常用手段。本文以CO位于2330.19nm(4291.5 cm-1)处的气体吸收线为目标谱线,以提高传感器的探测能力和实用性为出发点,采用新型尺寸的石英音叉、3D打印小型化单元、定制的梯度折射率透镜（Gradient index lens,Grin透镜）,对气体传感器进行了优化。在基础理论部分,对气体分子吸收理论进行了简要介绍;对光声光谱的技术原理进行了具体的阐述;对石英音叉的压电效应与物理参数进行了相关的讨论;对共振腔增强原理进行了深入的分析。在仿真计算部分,基于有限元计算方法和COMSOL软件对音叉振动幅度进行了计算,以标准石英音叉和定制小间隙音叉为仿真目标,计算了不同光束位置与共振管长度下的振动幅度。理论仿真计算结果得到两种音叉的最佳参数,在最佳条件下,小间隙音叉的振动幅度大于标准音叉。分别利用标准音叉和小间隙音叉对CO进行了探测,实现对仿真结果的实验验证。首先,搭建基于准直聚焦透镜组实现空间光传输的QEPAS传感器对CO进行探测,并优化实验参数。随后针对传统QEPAS系统中透镜组结构稳定性差、透镜尺寸难以小型化等限制,采用3D打印技术和Grin透镜将系统体积缩小至3.5 cm3,实现CO-QEPAS传感器的小型化。接着,首次开展了基于小间隙音叉的气体探测,最终实现了高灵敏度、小体积的痕量气体检测,且实验结果与仿真结果吻合度良好。本课题提出了基于标准音叉和定制小间隙石英音叉的高灵敏度、小型化CO-QEPAS传感器,可以满足对传感器体积要求较高的探测环境,如瓦斯矿井、医疗诊断等领域,一定程度上提高了传感器的实用性。