由于环境监测和人类生产活动的需要,痕量气体检测技术应运而生,它的发展意义重大。石英增强光声光谱(QEPAS)技术是一种基于光声光谱的新型气体检测技术,利用微型压电石英音叉作为感测元件来检测由目标气体分析物产生的声波作为光吸收的结果,是对传统光声光谱(PAS)技术的创新,此技术拥有动态范围大、良好的可靠性、操作方便、无波长选择性、体积小以及灵敏度很高等优势。其技术原理涉及光声效应、红外吸收光谱、吸收定律、石英音叉及其压电效应、波长调制技术与二次谐波检测技术。其中,波长调制技术和二次谐波检测技术是QEPAS检测的关键。近年来,国内外各机构不断使用该技术对多种痕量气体进行了检测研究。其中,HCN气体的产生来源广泛,危害极大,而且人类的工业生产活动使其含量增大,因此,进行HCN气体检测具有非常重要的意义。本文运用QEPAS技术对HCN气体进行了检测研究,实验前利用相关理论模型进行了模拟仿真及计算,利用Comsol软件构建光声光谱检测系统的数值模型,对光声探测器模型进行仿真,解决有限元多物理场耦合的问题,为实验部分光声传感器的结构选择,放置位置的选择提供指导,获得了两种模型(裸音叉模型和共振QEPAS探测器模型)中的最优光声几何参数。实验准备中选择了最佳的HCN吸收谱线,进行了激光器的性能测试,优化实验所需的调制深度,还对两种音叉进行了比较。实验以HCN作为目标探测气体,用不确定度为3%的质量流量控制器稀释50 ppm HCN:N2混合物,并控制流速为120 m L/min输入至系统气室中。运用波长调制技术与二次谐波(2f)探测技术,在激光器锯齿波驱动电流上叠加频率为f的高频正弦波信号,石英音叉共振频率f0约为30.72 k Hz,以输出波长为1.53μm的连续波分布反馈式单纵模二极管激光器为激光源,分别使用传统QEPAS系统和改进EDFA-QEPAS系统进行了实验。其中,使用传统QEPAS系统获得了1.7ppm的检测极限。在改进的EDFA-QEPAS微型化系统中,采用了掺铒光纤放大器(EDFA)和小型化3D打印的光声检测通道(PADC),首次实现了一种基于石英增强光声光谱传感器的超高灵敏度和稳定的HCN检测。在EDFA发射光谱范围内,选择6536.46 cm-1的HCN吸收谱线。EDFA-QEPAS型传感器由于放大器使激光功率提高而使探测灵敏度获得了极大的提高。采用3D打印技术开发的紧凑型PADC尺寸为29×15×8 mm3,重量为5 g,体积小,重量轻,从而提高了传感器的稳定性并方便了其应用。在常压室温和1 s的采集时间条件下,获得了29 ppb的最低检测极限,对应的等效归一化噪声吸收系数为1.08×10-8 cm-1W/Hz-1/2。由于实验所用的激励激光功率没有观察到饱和吸收效应,当具有更高的放大输出功率和优化的湿度条件的EDFA能够实现时,传感器的性能可以进一步获得提高。