在工农业生产和人们的日常生活和中,许多气体扮演着重要的角色,其中某些痕量气体对人类生存环境的影响至关重要。因此,气体定量分析已成为现代检测技术的重要部分。在众多的气体检测技术中,光声光谱检测技术具有稳定性好、灵敏度高、选择性强、实时性好等优点,有着广阔的应用前景。本文通过对光声光谱检测方法的系统研究,深入分析并建立了基于光声光谱的痕量气体检测系统。本文主要内容如下:(1)从气体光声光谱检测原理以及光声信号的产生机理入手,剖析了光声信号与光声池结构和工作模式的内在联系。针对一阶纵向圆柱形共振光声池典型结构进行了详细分析。利用数值计算模拟了光声池谐振频率、品质因数和池常数三个特征参量与光声池几何尺寸的三维关系图,建立了不同尺寸的光声池有限元分析模型,模拟了光声池内声压的分布,在此基础上设计了一种缓冲室为圆角结构的新型光声池,为光声池的优化和设计奠定了基础。(2)利用HITRAN数据库,通过对甲烷、氨气以及水和二氧化碳吸收谱线的对比分析,根据光源的辐射特性及气体吸收谱线的选取原则,选择了甲烷和氨气的特征吸收谱线,根据波长调制和谐波检测理论将系统分成了光源调制、气体吸收和数据检测处理三个模块,利用可视化虚拟工具分别对上述模块进行了仿真建模,从理论上分析了二次谐波检测技术对提高系统检测灵敏度的必要性和可行性。(3)搭建了光声光谱气体检测实验平台,利用实验方法对光声池特性参数进行了测量,研究了气体浓度、激光器功率与光声信号的之间的对应关系,发现气体在不发生饱和吸收的情况下,其光声信号随气体浓度及激光功率的增加而线性增大,良好的验证了光声信号的理论推导公式。