基于光声效应的多种气体同时检测装置及检测方法制造方法及图纸

一种基于光声效应的多种气体同时检测装置，包括：一第一电源和一第二电源；一第一光源和一第二光源，该第一光源和第二光源的输入端分别与第一电源和一第二电源连接；一气室，该气室接收第一光源和第二光源的入射光，在该气室中放置有一话筒；一前置放大器，该前置放大器接收话筒的信号；一计算机，该计算机对前置放大器的信号进行单频幅值提取，单频幅值与气体浓度直接相关。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多种气体检测装置，它解决了以往的测量耗时长、反应不灵敏、操作复 杂、设备维护繁琐的问题，特别是提供一种基于光声效应的多种气体同时检测装置及检测 方法。
技术介绍
现有的检测仪种类很多，原理可分为定电位电解法、碘量法、电导率法。定电位电 解法中使用的电化学传感器寿命通常为两年，无论使用与否必须更换，而该传感器是国外 产品，价格昂贵。电导率法、碘量法在使用前必须配置各自必须的电导液、碘标准液，故使用 不方便。国际上也做过以光声效应为基础的多种气体检测的工作，典型的是2008年美国 加利福尼亚大学制作的多种气体检测装置。他们用多个光源，但是在进行气体检测时是通 过一个电源依次向单个光源供电(也就是说每次只有一个光源发光)，光束通过透镜汇聚 和斩波器调制后进入气室，产生的光声信号经锁相处理后传输给电脑，得到一种气体的浓 度，然后使电源给下一个光源供电，重复以上过程，逐一得到各种气体浓度。这种方法虽然 实现了多种气体检测，但是系统比较复杂，造价昂贵，而且存在测量时间长的缺点。而本发 明是多个光源同时供电，同时测量，一次数据处理得到多种气体浓度。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种基于光声效应的多种气体同时检测装置及检测 方法，其是基于光声效应的多种气体同时检测方法，它解决了以往的测量浓度耗时长、反应 不灵敏、操作复杂、设备维护繁琐的问题。本专利技术提供一种基于光声效应的多种气体同时检测装置，包括一第一电源和一第二电源；—第一光源和一第二光源，该第一光源和第二光源的输入端分别与第一电源和一 第二电源连接；一气室，该气室接收第一光源和第二光源的入射光，在该气室中放置有一话筒；一前置放大器，该前置放大器接收话筒的信号；一计算机，该计算机对前置放大器的信号进行单频幅值提取，单频幅值与气体浓 度直接相关。其中所述话筒的数量为1-2个。其中话筒为高灵敏度话筒。其中气室包括两个圆柱形平行的钢管，该钢管两端分别由两细管连接，在细管的 中间分别开有进气口和出气口，在两个圆柱形平行的钢管的一端分别开有窗口。其中气室中的钢管的中间分别开有圆孔，用于放置话筒。本专利技术还提供一种基于光声效应的多种气体同时检测方法，该方法使用权利要求1所述的检测装置，包括如下步骤步骤1 启动第一、第二电源，同时驱动第一、第二光源发射不同频率调制光，该调 制光经气室的窗口进入气室，使气室中的气体分子吸收此波长的调制光，并通过无辐射跃 迁的形式把能量释放出来，使气体温度升高气压增大，调制光产生周期性的气压变化，进而产生声信号；步骤2 气室中产生的声信号由气室中的话筒转化为电信号之后并经前置放大器 放大；步骤3 经前置放大器放大的电信号输入计算机，计算机进行单频幅值提取；其中在较低浓度时，单频幅值与气体浓度的关系，根据公式U = RcXRmXW0XcXK (1)其中U是测量的电压值，Rc是气室的响应，Rm是话筒的灵敏度，Wci是激光器的平均 功率，c是待测气体浓度，K是待测气体的吸收系数。其中确定公式(1)中的比例系数时，令α = R。XRMXWQXK，用标准浓度C。气体进 行测量，得到Utl的电信号，从Utl= α Xctl得到α值，之后测量中U与浓度c成正比例函数 关系。其中所述的光源和电源的数量对应，该光源和电源的数量为2-8对。其中各电源产生的脉冲频率为不相同。附图说明为了进一步说明本专利技术的结构和特征，以下结合实例及附图对本专利技术做进一步的 说明。图1为本专利技术的检测装置示意图；图2为激光器光谱及其对应的气体分子吸收强度谱；图3为气体检测结果样图。具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术一种基于光声效应的多种气体同时检测装置，包括一第一电源1和一第二电源2，两电源均产生矩形脉冲电压信号，但是频率不相 同，电源的工作频率取决于气室的共振频率； 一第一光源3和一第二光源4，该第一光源3和第二光源4的输入端分别与第一电 源1和第二电源2连接，光源应该选择光谱范围窄且工作时波长漂移小的，以免其它气体也 产生光声信号，使待测气体的浓度值偏大，此外光源的发散角应尽量小；一气室5，该气室5接收第一光源3和第二光源4的调制光，其中气室5包括两 个圆形的BaF2材料的窗口 51，两个圆柱形平行的钢管52，钢管52的中间开有圆孔56，钢管 52两端分别由细管53连接，在细管53的中间分别开有进气口 54和出气口 55 ；话筒6，该话筒6置于气室5中的圆孔56处并密封，所述话筒6的数量为1_2个， 其中话筒6为高灵敏度话筒，在选择话筒是两个参数至关重要1.灵敏度，话筒的灵敏度 越高，同样强度声信号会产生比较大的电信号，探测装置的整体灵敏度同样会提高，2.信噪 比，话筒在进行声电转换时不可避免的会引入噪声，信噪比越高，相当于噪声对有效信号的干扰越小，探测装置的灵敏度也会提高；一前置放大器7，该前置放大器7接收话筒6的信号，并对电信号进行放大；一计算机8，该计算机8中的声卡起到关键性作用，其对前置放大器7的信号进行 单频幅值提取，单频幅值与气体浓度直接相关。请结合参阅图1所示，本专利技术提供一种基于光声效应的多种气体同时检测方法， 该方法使用前述的检测装置，包括如下步骤步骤1 启动第一、第二电源1、2，同时驱动第一、第二光源3、4发射不同频率调制 光，该调制光经气室5的窗口 51进入气室5，使气室5中的气体分子吸收此波长的调制光， 并通过无辐射跃迁的形式把能量释放出来，使气体温度升高气压增大，调制光产生周期性 的气压变化，进而产生声信号；各电源产生的脉冲电压频率为不相同；所述的光源和电源 的数量对应，该光源和电源的数量为2-8对(本实施例为2对)；步骤2 气室5中产生的声信号由气室5中的话筒6转化为电信号之后并经前置 放大器7放大；步骤3 经前置放大器7放大的电信号输入计算机8，计算机8进行单频幅值提取；其中在较低浓度时，单频幅值与气体浓度的关系，根据公式U = RcXRmXW0XcXK (1)其中U是测量的电压值，Rc是气室的响应，Rm是话筒的灵敏度，Wci是激光器的平均 功率，c是待测气体浓度，K是待测气体的吸收系数。其中确定公式(1)中的比例系数时，令α = R。XRMXWQXK，用标准浓度C。气体进 行测量，得到Utl的电信号，从Utl= α Xctl得到α，之后测量中U与浓度c成正比例函数关 系。图2给出了第一光源3和第二光源4的光谱分别为12和11及其对应的SO2和CO 气体的吸收谱分别为10和9。图3给出了以SO2和CO为探测气体的实验测量结果，13为SO2的峰，14的为CO的峰。下面通过实施实例来具体说明测量步骤将各部件按照图1所示连接，一般的技术人员都能完成以上操作。第一光源1和第二光源2发出的激光通过气室窗口 51进入气室5，气室5内的相应气体分子吸收激光并通过无辐射跃迁的方式把能量释放产生声波，高灵敏度话筒6的型 号为R0DE ΝΤ5,前置放大器7选用ICON公司的NEOPreAmp低噪声前置放大器，通过话筒将 声信号转换为电信号传输给计算机8，经过计算机声卡进行模数转换和单频信号信息提取， 包括其频率和幅值，并由计算机8对数据进行储存和显示。本专利技术的工作过程为打开光源电源、前置放大器电源和计算机电源；待测气体进入气室；通过计算机设定声卡采集数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光声效应的多种气体同时检测装置，包括：一第一电源和一第二电源；一第一光源和一第二光源，该第一光源和第二光源的输入端分别与第一电源和一第二电源连接；一气室，该气室接收第一光源和第二光源的入射光，在该气室中放置有话筒；一前置放大器，该前置放大器接收话筒的信号；一计算机，该计算机对前置放大器的信号进行单频幅值提取，单频幅值与气体浓度直接相关。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘万峰，王利军，刘峰奇，王占国，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]