一种用于探测高腐蚀性气体的简易光声探测器制造技术

本实用新型专利技术涉及光声探测领域，一种用于探测高腐蚀性气体的简易光声探测器，包括红外激光器、红外激光束、光声池、能量计、悬臂、探针激光束、探针激光器、光电二极管探测器、差分放大电路、数模转换电路、计算机，所述光电二极管探测器依次连接所述差分放大电路、所述数模转换电路、所述红外激光器，所述悬臂采用云母材料并位于所述光声池中，所述光电二极管探测器距离所述悬臂表面十厘米，所述红外激光束能够进入所述光声池，所述能量计位于所述光声池后侧，能够测量每个激光脉冲的能量并对光声信号进行归一化，所述探针激光束能够直接照射于所述悬臂表面并反射到所述光电二极管探测器，倾斜所述光电二极管探测器能够实现信号区别的调整。

A simple photoacoustic detector for detecting highly corrosive gases

The utility model relates to the field of photoacoustic detection, a simple photoacoustic detector for detection of highly corrosive gases, including infrared laser, infrared laser beam, photoacoustic cell, energy meter, laser beam, cantilever probe, laser probe, photodiode detector, differential amplifier, analog-to-digital conversion circuit, the computer. The photodiode detector connected to the differential amplifier circuit, the digital analog conversion circuit, the infrared laser, the cantilever with mica material and provided in the photoacoustic cell, the photodiode detector from the cantilever surface ten cm, the infrared laser beam to enter the light the sound of pool, the energy meter is located on the rear side of the photoacoustic cell, capable of measuring each laser pulse energy and the normalized photoacoustic signal of the probe laser beam can be directly The light emitting diode detector can adjust the signal difference by irradiating the cantilever surface and reflecting it to the photodiode detector.

【技术实现步骤摘要】
一种用于探测高腐蚀性气体的简易光声探测器
本技术涉及光声探测领域，特别是一种适用于工业过程中有毒有害气体探测的、能够探测高腐蚀性气体的一种用于探测高腐蚀性气体的简易光声探测器。
技术介绍
光声光谱技术(PAS)是基于光声(PA)效应的一种光谱技术，作为光谱学的一个重要分支，与传统光谱学不同的是该技术探测的不是光与物质相互作用后的光信号而是声信号，从而克服了传统光谱法在样品分析中存在的诸多困难。光声光谱探测系统一般由光源、光声池、声信号检测器构成，其中声信号检测器中包含的声压信号的换能单元，对能够检测气体的灵敏度和整体系统的性能起着至关重要的作用。目前用于光声光谱探测的声压信号换能单元主要有以下几种：电容式，石英音叉式，悬臂梁式。用一束强度可调制的单色光照射到密封于光声池中的样品上，样品吸收光能，并以释放热能的方式退激，释放的热能使样品和周围介质按光的调制频率产生周期性加热，从而导致介质产生周期性压力波动，这种压力波动可用灵敏的微音器或压电陶瓷传声器检测，并通过放大得到光声信号，这就是光声效应；若入射单色光波长可变，则可测到随波长而变的光声信号图谱，这就是光声光谱。对于气体样品，分子吸收激发光的能量后产生热量，由此产生声压，基于光声光谱的气体检测技术能够针对各种有毒有害气体的监测，对气体检测技术的全面发展具有重要的现实意义，但现有的光声谱应用中所使用的声压信号换能单元不具备某些特定的耐化学性，在实际应用中与腐蚀性气体直接接触后立即无法使用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术采用云母悬臂，在高浓度的HCl或HBr气体中有较高的稳定性，能够满足高耐化学性、又容易加工至几十微米的尺度、表面具有足够的反射能力和良好的光学质量，使得在光电二极管探测器中产生较小的光斑。相比于石英音叉，悬臂梁微音器具有更高的灵敏度和动态范围；相比传统的微音器，悬臂梁微音器可实现高灵敏度探测，同时全光解调的方式非常适合强电磁干扰环境的应用，实现光声光谱气体检测系统的集成化。本技术所采用的技术方案是：所述一种用于探测高腐蚀性气体的简易光声探测器主要包括红外激光器、红外激光束、光声池、能量计、悬臂、探针激光束、探针激光器、光电二极管探测器、差分放大电路、数模转换电路、计算机，所述悬臂能够振动，所述光电二极管探测器由四个硅二极管组成的单块正交光电二极管单元构成，两个近邻的光电二极管能够探测所述探针激光束的位置，所述光电二极管探测器依次连接所述差分放大电路、所述数模转换电路、所述红外激光器，所述计算机连接于所述数模转换电路和所述红外激光器之间，所述能量计位于所述光声池后侧，所述悬臂采用云母材料并位于所述光声池中，所述光电二极管探测器距离所述悬臂表面十厘米，所述红外激光器发出的所述红外激光束能够进入所述光声池，所述光声池内具有待测气体，所述能量计为热电感应器，能够测量每个激光脉冲的能量，并用于对光声信号进行归一化，所述探针激光束能够直接照射于所述悬臂表面并反射到所述光电二极管探测器，通过倾斜所述光电二极管探测器能够实现信号区别的精密调整。所述悬臂采用云母材料能够适应微机械或者精细技术的需要，能够容易地解离到需要尺度的薄片，激光在其表面具有足够的反射分量；所述红外激光器当红外激光调谐至吸收线，激光脉冲产生瞬时的压力上升，通过所述光声池内的所述云母悬臂的偏向来探测；所述能量计为热电感应器，能够测量每个激光脉冲的能量，并用于对光声信号进行归一化。光声激发，所述红外激光器发出的所述红外激光束进入所述光声池，当池内充入待测气体后，气体吸收激光能量，产生压力波并传到所述云母悬臂，光声波压力的大小与所述光声池中气体对激光能量的吸收程度直接相关，光吸收越强，则该处的光声信号强度越高。光学相干检测，压力波使得所述云母悬臂振动，腔外连续的所述探针激光束直接照射于所述云母悬臂表面并反射到所述光电二极管探测器，通过测量光电流信号之间的变化来反映所述云母悬臂的振动。所述光电二极管探测器产生的电信号经过所述差分放大电路放大后输入所述数模转换电路，最终由计算机处理，以此可以得出所述云母悬臂振动的情况，从而判断出所述光声池中的气体类型。当没有声压时，将探针激光光斑的位置调整至使得两个光电二极管的输出信号一致无差别，通过倾斜所述光电二极管探测器能够实现信号区别的精密调整。本技术的有益效果是：本技术采用云母悬臂，适用于HCl或HBr等腐蚀性气体；全光探测，安全有效，并适合易燃易爆环境的应用，结构简易，成本低。附图说明下面结合本技术的图形进一步说明：图1是本技术结构示意图。图中，1.红外激光器，2.红外激光束，3.光声池，4.能量计，5.悬臂，6.探针激光束，7.探针激光器，8.光电二极管探测器，9.差分放大电路，10.数模转换电路，11.计算机。具体实施方式如图1是本技术结构示意图，所述一种用于探测高腐蚀性气体的简易光声探测器主要包括红外激光器1、红外激光束2、光声池3、能量计4、悬臂5、探针激光束6、探针激光器7、光电二极管探测器8、差分放大电路9、数模转换电路10、计算机11，所述悬臂5能够振动，所述光电二极管探测器8由四个硅二极管组成的单块正交光电二极管单元构成，两个近邻的光电二极管能够探测所述探针激光束6的位置，所述光电二极管探测器8依次连接所述差分放大电路9、所述数模转换电路10、所述红外激光器1，所述计算机11连接于所述数模转换电路10和所述红外激光器1之间，所述能量计4位于所述光声池3后侧，所述悬臂5采用云母材料并位于所述光声池3中，所述光电二极管探测器8距离所述悬臂5表面十厘米，所述红外激光器1发出的所述红外激光束2能够进入所述光声池3，所述光声池3内具有待测气体，所述能量计4为热电感应器，能够测量每个激光脉冲的能量，并用于对光声信号进行归一化，所述探针激光束6能够直接照射于所述悬臂5表面并反射到所述光电二极管探测器8，通过倾斜所述光电二极管探测器8能够实现信号区别的精密调整。所述悬臂5采用云母材料能够适应微机械或者精细技术的需要，能够容易地解离到需要尺度的薄片，激光在其表面具有足够的反射分量；所述红外激光器1当红外激光调谐至吸收线，激光脉冲产生瞬时的压力上升，通过所述光声池3内的所述云母悬臂5的偏向来探测；所述能量计4为热电感应器，能够测量每个激光脉冲的能量，并用于对光声信号进行归一化。光声激发，所述红外激光器1发出的所述红外激光束2进入所述光声池3，当池内充入待测气体后，气体吸收激光能量，产生压力波并传到所述云母悬臂5，光声波压力的大小与所述光声池3中气体对激光能量的吸收程度直接相关，光吸收越强，则该处的光声信号强度越高。光学相干检测，压力波使得所述云母悬臂5振动，腔外连续的所述探针激光束6直接照射于所述云母悬臂5表面并反射到所述光电二极管探测器8，通过测量光电流信号之间的变化来反映所述云母悬臂5的振动。所述光电二极管探测器8产生的电信号经过所述差分放大电路9放大后输入所述数模转换电路10，最终由计算机处理，以此可以得出所述云母悬臂5振动的情况，从而判断出所述光声池3中的气体类型。当没有声压时，将探针激光光斑的位置调整至使得两个光电二极管的输出信号一致无差别，通过倾斜所述光电二极管探测器8能够实现信号区别的精本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于探测高腐蚀性气体的简易光声探测器，主要包括红外激光器(1)、红外激光束(2)、光声池(3)、能量计(4)、悬臂(5)、探针激光束(6)、探针激光器(7)、光电二极管探测器(8)、差分放大电路(9)、数模转换电路(10)、计算机(11)，所述悬臂(5)能够振动，所述光电二极管探测器(8)由四个硅二极管组成的单块正交光电二极管单元构成，两个近邻的光电二极管能够探测所述探针激光束(6)的位置，所述光电二极管探测器(8)依次连接所述差分放大电路(9)、所述数模转换电路(10)、所述红外激光器(1)，所述计算机(11)连接于所述数模转换电路(10)和所述红外激光器(1)之间，所述能量计(4)位于所述光声池(3)后侧，其特征是：所述悬臂(5)采用云母材料并位于所述光声池(3)中，所述光电二极管探测器(8)距离所述悬臂(5)表面十厘米。

【技术特征摘要】
1.一种用于探测高腐蚀性气体的简易光声探测器，主要包括红外激光器(1)、红外激光束(2)、光声池(3)、能量计(4)、悬臂(5)、探针激光束(6)、探针激光器(7)、光电二极管探测器(8)、差分放大电路(9)、数模转换电路(10)、计算机(11)，所述悬臂(5)能够振动，所述光电二极管探测器(8)由四个硅二极管组成的单块正交光电二极管单元构成，两个近邻的光电二极管能够探测所述探针激光束(6)的位置，所述光电二极管探测器(8)依次连接所述差分放大电路(9)、所述数模转换电路(10)、所述红外激光器(1)，所述计算机(11)连接于所述数模转换电路(10)和所述红外激光器(1)之间，所述能量计(4)位于所述光声池(3)后侧，其特征是：所述悬臂(5)采...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱红亮，赵永建，张向平，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：新型
国别省市：浙江,33