随着人们逐渐步入工业化社会,空气污染问题日趋严重,痕量气体检测技术在人们生活中占据着重要的一部分,与此同时煤矿安全生产检测,变压器故障气体分析和医学呼出气体诊断等方面对痕量气体检测的需求愈发重要。在众多气体检测技术中,光声光谱（Photoacoustic Spectroscopy,PAS）技术作为一种检测灵敏度高,无背景噪声且能实时检测等众多优点的检测技术受到人们的青睐。PAS技术作为一种无背景噪声的吸收光谱技术,具有检测灵敏度高,检测限高和对多种气体同时检测等优点。PAS技术中光声探测器决定着痕量气体的检测极限,光声探测器是由光声池和声波传感器共同构成,光声池是PAS技术中光声信号产生的重要场所,而声波传感器的灵敏度对探测到光声信号的强度起着至关重要的作用。光声光谱痕量气体检测技术目前的瓶颈在于麦克风的灵敏度仍需提升,目前的电容式麦克风易受电磁干扰,灵敏度较低,且与光声池并不能很好的匹配。本文为提高光声探测器的灵敏度,首先设计出一种共振式光声池,以光声池共振频率为基础设计出一种悬臂梁膜片式光纤声波传感器,该悬臂梁光纤声波传感器灵敏度高,具有抗电磁干扰的特性,悬臂梁膜片一阶共振频率与光声池共振频率相似,使得两者频率能够形成共振。本文的主要工作如下:1.本文设计了一种悬臂梁膜片式光纤声波传感器,并且制备了共振式光声池,光声池共振频率为1410 Hz。首先,通过对共振式光声池进行仿真确定光声池谐振腔尺寸直径为8 mm,长度为120 mm,共振频率为1410 Hz。其次,对悬臂梁膜片进行仿真分析,确定悬臂梁膜片的尺寸为长2.8 mm,宽1 mm,厚度为10μm。最后,由于设计的悬臂梁式麦克风一阶共振频率需要与光声池共振频率相匹配,经测试悬臂梁式光纤声波传感器的一阶共振频率为1450 Hz,在1500 Hz对悬臂梁式声波传感器进行测试,测试结果为在频率为1500 Hz处的灵敏度为194 mV/Pa,信噪比为66.72 dB,比同样情况下的电子麦克风的信噪比高21.68 dB。2.本文基于上述的悬臂梁声波传感器搭建光声光谱痕量气体检测系统,该系统选用可调谐掺铒光纤激光器（Tunable Erbium-Doped Fiber Laser TEDFL）作为激励光源,采用掺铒光纤放大器（Erbium-Doped Fiber Amplifier,EDFA）对TEDFL进行功率放大,放大功率后光源输出功率为300 m W,将共振式光声池与悬臂梁式光纤声波传感器进行匹配组合,对波长为1532.59 nm乙炔气体的吸收峰进行检测,实验结果证明系统对0-100 ppm浓度范围内的乙炔气体具有良好的响应,检测灵敏度为145.808μV/ppm,检测极限为24.23 ppb。此外,通过对Allan-werle方差分析,当该系统的平均时间150 s时,系统的最小检测极限为0.6 ppb。