用于颗粒和气态种类的光吸收的光声测量的装置和方法制造方法及图纸

在一个实施例中，一种用于测量气体中的种类(例如PM的种类)的光声效应测量仪器采用一对差分声单元，其包括容纳包括种类的样品气体的样品单元，和容纳已从样品气体大体去除该种类的样品气体的已过滤版本的参考单元。激励光源向各声单元中的每一个提供幅度调制射束。多个麦克风的阵列被安装到各差分声单元中的每一个，并且测量由于光被相应声单元中的样品气体的吸收而在其中生成的声波以产生相应信号。麦克风通过膜来与声单元内部的样品气体隔离。前置放大器确定差分信号并且控制器基于差分信号来计算种类的浓度。

Devices and methods for photoacoustic measurement of light absorption of particles and gaseous species

In one embodiment, a species for measuring gas in (such as PM type) of the photoacoustic effect measuring instrument using a pair of differential sound unit, which includes a sample unit receiving the samples including gas species, and has been generally removal from the sample gas containing the type of sample gas filtered version of the reference unit. The excitation source provides the amplitude modulation beam to each of the sound units. Arrays of multiple microphones are mounted on each of the differential acoustic units, and the corresponding sound generated by the sound generated by the absorption of the sample gas in the corresponding acoustic unit is measured. The microphone is separated from the sample gas inside the sound unit through a membrane. The preamplifier determines the differential signal and the controller calculates the kind of concentration based on the differential signal.

【技术实现步骤摘要】
用于颗粒和气态种类的光吸收的光声测量的装置和方法关于联邦政府支持的研究的声明本专利技术是在政府的支持下根据美国国家航空航天局(NASA)小企业创新研究(SBIR)合同号NNX13CL42P和NNX14CL90C完成的。政府具有本专利技术中的某些权利。
本公开内容总体上涉及测量气体中的种类(species)，并且更具体地涉及用于使用光吸收的光声测量结果来测量气态或颗粒种类的浓度的方法和装置。
技术介绍
颗粒物质(PM)指的是气体(例如空气)中悬浮的微观固体或液体物质。PM的一个种类是被产生为燃烧、工业过程或某些自然过程的副产物的大气PM(例如碳黑烟灰、大气气溶胶以及其他种类)。大气PM可以显著影响人类健康。例如，如果被吸入的话大气PM可能是有害的，除了别的健康问题之外还导致肺癌的增长率。同样地，大气PM可吸收大量的太阳能，促进全球气候变化。例如，碳黑烟灰在吸收太阳能方面是非常有效的，每单位质量吸收的能量是二氧化碳(CO2)的约一百万倍。PM的另一类型是被合成用于制造业、生物医学、光学、电子学以及其他领域中的应用的商业纳米颗粒(例如陶瓷碳化硅纳米颗粒、聚合物胶束纳米颗粒、铂钴纳米颗粒以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量气体中的种类的光声效应测量仪器，包括：一对差分声单元，其包括：样品单元，其被配置成容纳包括种类的样品气体，以及参考单元，其被配置成容纳已从样品气体大体去除该种类的样品气体的已过滤版本；激励光源，其被配置成向各差分声单元中的每一个提供幅度调制射束；一个或多个麦克风，其被安装到各差分声单元中的每一个，并且被配置成测量由于光被相应声单元中的样品气体的吸收而在其中生成的声波并产生相应信号，该一个或多个麦克风与声单元内部的样品气体隔离；前置放大器，其被配置成根据为各差分声单元中的每一个产生的信号来确定差分信号；以及控制器，其被配置成基于差分信号来计算种类的浓度。

【技术特征摘要】
2016.10.11 US 15/2907061.一种用于测量气体中的种类的光声效应测量仪器，包括：一对差分声单元，其包括：样品单元，其被配置成容纳包括种类的样品气体，以及参考单元，其被配置成容纳已从样品气体大体去除该种类的样品气体的已过滤版本；激励光源，其被配置成向各差分声单元中的每一个提供幅度调制射束；一个或多个麦克风，其被安装到各差分声单元中的每一个，并且被配置成测量由于光被相应声单元中的样品气体的吸收而在其中生成的声波并产生相应信号，该一个或多个麦克风与声单元内部的样品气体隔离；前置放大器，其被配置成根据为各差分声单元中的每一个产生的信号来确定差分信号；以及控制器，其被配置成基于差分信号来计算种类的浓度。2.根据权利要求1所述的光声效应测量仪器，其中该种类是颗粒物质(PM)的种类。3.根据权利要求1所述的光声效应测量仪器，进一步包括：函数发生器，其被配置成生成控制激励光源的波形；以及锁定放大器，其被配置成接收来自前置放大器的差分信号和来自函数发生器的波形，以及从差分信号解调波形以产生已解调差分信号，其中该控制器被耦合至锁定放大器并被配置成基于已解调差分信号来计算种类的浓度。4.根据权利要求1所述的光声效应测量仪器，其中各差分声单元的每一个都包括一个声谐振器和一对声衰减器，以及该前置放大器是被调谐到差分声单元的声谐振器的声谐振频率的带通前置放大器。5.根据权利要求1所述的光声效应测量仪器，其中该激励光源是二极管泵浦固态(DPSS)激光器。6.根据权利要求1所述的光声效应测量仪器，其中安装到各差分声单元中的每一个的一个或多个麦克风是其输出信号被组合以形成用于差分声单元的信号的多个麦克风的阵列。7.根据权利要求6所述的光声效应测量仪器，其中多个麦克风的阵列是安装在印刷电路板(PCB)上的多个基于隔膜的微机电系统(MEMS)麦克风的阵列。8.根据权利要求1所述的光声效应测量仪器，其中该一个或多个麦克风被安装在差分声单元中的每一个中的开口上并且通过设置在该开口上的膜来与声单元内部的样品气体隔离。9.根据权利要求1所述的光声效应测量仪器，其中该膜是镀铝聚脂膜。10.根据权利要求1所述的光声效应测量仪器，其中该种类是碳黑烟灰。11.一种用于测量气体中的种类的光声效应测量仪器，包括：声单元，其被配置成容纳包括种类的样品气体；激励光源，其被配置成向声单元提供幅度调制射束；被安装到声单元的多个麦克风的阵列，每个麦克风都被配置成测量由于光被声单元中的样品气体的吸收而在其中生成的声波，其中来自该阵列的多个麦克风的输出信号被组合以产生组合信号；以及控制器，其被配置成基于组合信号来计算种类的浓度。12.根据权利要求11所述的光声效应测量仪器，其中该种类是颗粒物质(PM)的种类。13.根据权利要求11所述的光声效应测量仪器，其中多个麦克风的阵列是安装在印刷电路板(PCB)上的多个基于隔膜的微机电系统(MEMS)麦克风的阵列。14.根据权利要求11所述的光声效应测量仪器，其中该多个麦克风的阵列被安装在声单元中的开口上并且通过设置在该开口上的膜来与声单元内部的样品气体隔离。15.根据权利要求11所述的光声效应测量仪器，进一步包括：函数发生器，其被配置成生成控制激励光源的波形；以及锁定放大器，其被配置成接收组合信号并且从组合信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：于振鸿，P·L·克巴比安，W·布朗，J·阿西夫，
申请(专利权)人：重航空器研究公司，
类型：发明
国别省市：美国,US