【技术实现步骤摘要】
一种气体检测装置及方法
本专利技术涉及气体传感技术，具体涉及一种气体检测装置及方法。
技术介绍
痕量气体检测技术在环境、工业、航空航天、医疗
发挥着重要作用。近年来，作为间接吸收光谱技术的一种，光声光谱技术以其零背景、选择性好、无波长选择性、探测灵敏度与激励光功率正相关等特性受到了极大的关注且被成功应用于众多领域。石英增强光声光谱是传统光声光谱的一种改进，该技术的核心是采用低成本，小尺寸的音叉式石英晶振(以下简称为石英音叉)替代传统的宽带麦克风，实现了微弱声波的探测。石英增强光声光谱技术的基本原理如下：气体吸收激励光源的光能跃迁至高能态，由于碰撞退激发弛豫过程产生声波，声波推动石英音叉两振臂产生对称性振动，从而借助石英材料的压电特性将与气体浓度相关的声波信号转换为易于探测分析的电学信号。此外，石英增强光声光谱传感器中通常会装配圆柱形微型声学谐振腔，以增强光声信号与石英音叉的耦合程度。石英增强光声光谱传感器有两种微型共振腔配置:一种是在轴配置，光从石英音叉两振臂间通过，两个微型腔被沿光路放置在音叉前后；另一种是离轴配置，...
【技术保护点】
1.一种气体检测装置，其特征在于：包括光源模块、类条形光束整形模块(5)、光声信号探测模块(6)和数据处理模块，所述光源模块包括激励光源(1)、第一函数发生器(2)、第二函数发生器(3)和光源温度控制器(4)，所述类条形光束整形模块(5)将输入的激励光源整形为具有类条形光斑特性的激励光束，所述数据处理模块包括跨阻抗前置放大器(7)、锁相放大器(8)和计算机(9)；所述第一函数发生器(2)的信号输出端和激励光源(1)的电流扫描输入端连接，所述第二函数发生器(3)的信号输出端与激励光源(1)的电流调制输入端连接，第二函数发生器(3)的同步信号输出端与锁相放大器(8)的同步信号输...
【技术特征摘要】
1.一种气体检测装置，其特征在于：包括光源模块、类条形光束整形模块(5)、光声信号探测模块(6)和数据处理模块，所述光源模块包括激励光源(1)、第一函数发生器(2)、第二函数发生器(3)和光源温度控制器(4)，所述类条形光束整形模块(5)将输入的激励光源整形为具有类条形光斑特性的激励光束，所述数据处理模块包括跨阻抗前置放大器(7)、锁相放大器(8)和计算机(9)；所述第一函数发生器(2)的信号输出端和激励光源(1)的电流扫描输入端连接，所述第二函数发生器(3)的信号输出端与激励光源(1)的电流调制输入端连接，第二函数发生器(3)的同步信号输出端与锁相放大器(8)的同步信号输入端连接，所述光源温度控制器(4)的输出端与激励光源(1)的温控输入端连接，所述跨阻抗前置放大器(7)的信号输入端与光声信号探测模块(6)连接，跨阻抗前置放大器(7)的信号输出端与锁相放大器(8)的输入端连接，所述锁相放大器(8)的通讯端口与计算机(9)通讯端口相连接，所述类条形光束整形模块(5)根据组成选择与计算机(9)通讯端口连接或不连接；所述激励光源(1)的输出光束传播至类条形光束整形模块(5)，经类条形光束整形模块(5)整形后的具有类条形光斑特性的激励光束传播至光声信号探测模块(6)。
2.根据权利要求1所述的一种气体检测装置，其特征在于：所述类条形光束整形模块(5)由数字微镜器件(51)和汇聚透镜(52)组成，或由鲍威尔棱镜(53)和条形狭缝(54)组成。
3.根据权利要求2所述的一种气体检测装置，其特征在于：当所述类条形光束整形模块(5)由数字微镜器件(51)和汇聚透镜(52)组成时，所述数字微镜器件(51)的信号输入端口通过串口数据线与计算机(9)的输出端口相连；所述数字微镜器件(51)的微镜镜片固定在三维调节架上，以方便进行光路准直以及光束的整形，所述激励光源(1)与数字微镜器件(51)的间距可调，以实现照射在数字微镜器件(51)微镜镜片上的光束面积可调，所述激励光源(1)的输出光束经数字微镜器件(51)后形成的类条形激励光束经过汇聚透镜(52)后进一步将其汇聚成具有类条形光斑特性的激励光束，所述数字微镜器件(51)和汇聚透镜(52)的位置可调，以使具有类条形光斑特性的激励光束与光声信号探测模块(6)相匹配。
4.根据权利要求2所述的一种气体检测装置，其特征在于：当所述类条形光束整形模块(5)由鲍威尔棱镜(53)和条形狭缝(54)组成时，所述激励光源(1)的输出光束通过鲍威尔棱镜(53)后形成的类条形光束及未进入鲍威尔棱镜(53)的光束传播至条形狭缝(54)，通过条形狭缝(54)形成的具有类条形光斑特性且与光声信号探测模块(6)相匹配的激励光束传播至光声信号探测模块(6)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种气体检测装置，其特征在于：所述光声信号探测模块(6)包括音叉式石英晶振(62)及与其相匹配的椭圆形声学谐振腔(61)，所述跨阻抗前置放大器(7)的两个信号输入端分别与音叉式石英晶振(62)的电极连接，并将其中一个信号输入端接地，所述椭圆形声学谐振腔(61)由两个椭圆形毛细管组成，椭圆形毛细管对称放置在音叉式石英晶振(62)的两侧，两个椭圆形毛细管中心轴线重合且穿过音叉式石英晶振(62)两振臂间隙，椭圆形毛细管端面与音叉式石英晶振(62)的振臂平行，椭圆形毛细管端面与音叉式石英晶振(62)的振臂不可接触且间距d不超过100μm。
6.利用一种气体检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)激励光源(1)在第一函数发生器(2)、第二函数发生器(3)和光源温度控制器(4)的驱动下输出光束，第一函数发生器(2)输出三角波信号，通过控制三角波信号的电压幅值，对激励光源输出光束的波长在待测气体的选定吸收线附近进行扫描，第二函数发生器(3)输出正弦信号，通过控制正弦信号的频率，对激励光源(1)的输出光束波长进行调制；
(b)调整激励光源(1)输出光束的传...
【专利技术属性】
技术研发人员：武红鹏，董磊，尚智金，李尚志，文钦佐·路易吉·斯帕格诺，安杰洛·桑保罗，彼得罗·帕蒂米斯科，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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