光声池及多组分气体检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种光声池及多组分气体检测系统，涉及光声光谱气体检测技术领域，该光声池包括池体；第一腔体，设于所述池体内；缓冲室，设于所述第一腔体的两端，且与所述第一腔体连通；第二腔体，贯穿于所述第一腔体设置，且与所述第一腔体贯通；光学玻璃窗片，安装于所述缓冲室的两端和所述第二腔体的两端，用于为激光光束提供入射口并密封所述缓冲室和所述第二腔体；微音器开孔，设于所述第一腔体或所述第二腔体内。该光声池通过增加入射窗口的数量，解决了单一入射窗口无法实现多光束入射的情况，同时能更高效地放大声压信号，适用于多组分气体检测的环境。组分气体检测的环境。组分气体检测的环境。

【技术实现步骤摘要】
光声池及多组分气体检测系统


[0001]本专利技术涉及光声光谱气体检测
，具体地，涉及一种光声池及多组分气体检测系统。

技术介绍

[0002]随着激光技术的发展，光学气体检测技术被越来越多的研究者发展起来，其中，光声光谱技术因其较高的检测灵敏度、较小的体积以及良好的气体选择性受到了研究者的广泛关注。为了获得更大的声信号，声学共振技术被应用在光声光谱领域，共振型光声池就是为了形成声学共振所设计的结构，当入射光束的调制频率满足光声池的共振频率时，所激发出的声波将在光声池腔体内产生共振，形成声驻波，测量波腹位置的声压即可得到最大的声信号。
[0003]现有技术中的光声池通常为“圆柱型”结构，包括“一字型”光声池、“H型”光声池以及“T型”光声池等。但由于它们的光束入射窗口普遍位于圆柱体两端，只存在单一的轴向光束通路，不便于多光束的入射，继而不利于进行多组分气体检测系统的集成。尤其是对于中远红外光束与近红外光束同时使用的场景，由于两种光束波长差距较大，且耦合方式不同，因此二者较难进行合束，即便能够合束，其损耗也会很大，或需要多种光器件的组合，增大系统复杂度。同时，由于较细的腔体具有更强的声放大能力，因此在满足光束正常通过的前提下应尽可能减小腔体的直径，而在光束直径不一的工作条件下，常规光声池的内径无法变化，往往无法达到高效的声学放大。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]针对上述问题，本专利技术提供了一种光声池及多组分气体检测系统，通过增加入射窗口的数量，可以使不同直径的入射光束选择不同直径的腔体入射，解决了单一入射窗口无法实现多光束入射的情况，从而避免了因为光束合束引起的光功率损耗，实现了在多组分气体检测过程中更高效地放大声压信号。
[0006](二)技术方案
[0007]本专利技术实施例第一个方面提供了一种光声池，包括：池体；第一腔体，设于池体内；缓冲室，设于第一腔体的两端，且与第一腔体连通；第二腔体，贯穿于第一腔体设置，且与第一腔体贯通；所述第一腔体和所述第二腔体一体成型，共同形成谐振腔体；第一腔体、缓冲室和第二腔体均为圆柱型结构，缓冲室的直径大于第一腔体的直径；光学玻璃窗片，安装于缓冲室的两端和第二腔体的两端，用于为激光光束提供入射口并密封缓冲室和第二腔体；其中，激光光束的调制频率为谐振腔体的共振频率的二分之一；微音器开孔，设于谐振腔体内。在光学玻璃窗片的密封作用下，光声池内部处于密闭状态，激光光束经光学玻璃窗片入射，进入第一腔体和第二腔体的内部，调节激光光束的调制频率达到第一腔体和第二腔体的共振频率的二分之一时，第一腔体和第二腔体的内部产生声驻波效应，此时，声压信号最
大。
[0008]本专利技术实施例提供的光声池通过增加入射窗口的数量，解决了单一入射窗口无法实现多光束入射的情况，同时能更高效地放大声压信号，适用于多组分气体检测的环境，该光声池尺寸小，结构简单，易于加工。
[0009]在本专利技术一实施例中，第二腔体的直径小于第一腔体的直径，微音器开孔设于第二腔体的一端。根据声学理论，较细的圆柱形腔体具有更强的声压信号放大能力，因此第二腔体的直径小于第一腔体的直径有助于进一步提高沿第二腔体传播的激光光束所激发的声压信号，在此情况下将微音器开孔设于第二腔体的一端，有助于更好的探测声压信号。在多光束入射的情况下，对于较细的入射光束，可以选取直径较小的第二腔体入射，而对于较粗的入射光束，可以选择直径较大的第一腔体入射。
[0010]本专利技术实施例提供的光声池通过设置不同直径的腔体，可以使不同直径的入射光束选择不同直径的腔体入射，从而避免了因为光束合束引起的光功率损耗，提高了不同直径光束的声激发效率，有效解决了多光束与光声池耦合难的问题。
[0011]在本专利技术一实施例中，第一腔体的轴线和缓冲室的轴线重合；第一腔体和缓冲室关于第二腔体的轴线对称，第二腔体关于第一腔体的轴线对称。对称设置的池体结构可以增加整个装置的稳定性，且能降低结构的加工难度。
[0012]在本专利技术一实施例中，第一腔体与第二腔体垂直设置，垂直结构的设置便于加工。
[0013]在本专利技术一实施例中，缓冲室的侧壁设有导气口，用于进气和排气；导气口处设有气阀，用于控制导气口的进气量和排气量。
[0014]在本专利技术一实施例中，光学玻璃窗片的材料包括氟化钙材料。
[0015]在本专利技术一实施例中，光学玻璃窗片包括平面镜、反光镜和透镜。
[0016]在本专利技术一实施例中，池体的材料包括金属材料。
[0017]在本专利技术一实施例中，金属材料包括铜。
[0018]本专利技术实施例第二个方面提供了一种多组分气体检测系统，包括：激光器阵列，用于发射激光光束；控制电路，与激光器阵列电连接，用于控制激光器阵列按照预设顺序发射激光光束；光声池，用于为光声过程提供发生场所、隔绝外界气氛环境，并放大光声过程所产生的声压信号，光声池为如权利要求1～9中任一项的光声池；微音器，安装于微音器开孔处，用于探测声压信号；信号预处理电路，与微音器电连接，用于对声压信号进行预处理；锁相放大器，与信号预处理电路电连接，用于提取并输出声压信号；计算机，与锁相放大器电连接，用于根据声压信号计算多组分气体的浓度信息，完成多组分气体浓度的检测。
[0019]本专利技术实施例提供的多组分气体检测系统，基于光声池的结构体系，每一种激光器对应一种待测气体，使用时分复用的工作方式能避免不同种类气体测试信号间的相互干扰。
[0020](三)有益效果
[0021]本专利技术实施例提供的一种光声池及多组分气体检测系统，至少具有以下有益效果：
[0022](1)本专利技术实施例提供的光声池通过增加入射窗口的数量，解决了单一入射窗口无法实现多光束入射的情况，能更高效的放大声压信号，适用于多组分气体检测的环境；该光声池尺寸小，结构简单，易于加工。
[0023](2)本专利技术实施例提供的光声池通过设置不同直径的腔体，可以使不同直径的入射光束选择不同直径的腔体入射，从而避免了因为光束合束引起的光功率损耗，提高了不同直径光束的声激发效率，有效解决了多光束与光声池耦合难的问题。
[0024](3)本专利技术实施例提供的多组分气体检测系统，基于光声池的结构体系，每一种激光器对应一种待测气体，使用时分复用的工作方式，能够使该检测系统在多组分气体检测过程中更精确地完成气体浓度检测。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0026]图1示意性示出了本专利技术实施例提供的光声池的结构图。
[0027]图2示意性示出了本专利技术实施例提供的多组分气体检测系统的结构图。
[0028]图3示意性示出了本专利技术实施例提供的光声池腔体内部发生共振时的声场分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光声池，其特征在于，包括：池体；第一腔体，设于所述池体内；缓冲室，设于所述第一腔体的两端，且与所述第一腔体连通；第二腔体，贯穿于所述第一腔体设置，且与所述第一腔体贯通，所述第一腔体和所述第二腔体一体成型，共同形成谐振腔体；所述第一腔体、缓冲室和第二腔体均为圆柱型结构，所述缓冲室的直径大于所述第一腔体的直径；光学玻璃窗片，安装于所述缓冲室的两端和所述第二腔体的两端，用于为激光光束提供入射口并密封所述缓冲室和所述第二腔体；其中，所述激光光束的调制频率为所述谐振腔体的共振频率的二分之一；微音器开孔，设于所述谐振腔体内。2.根据权利要求1所述的光声池，其特征在于，所述第二腔体的直径小于所述第一腔体的直径，所述微音器开孔设于所述第二腔体的一端。3.根据权利要求1所述的光声池，其特征在于，所述第一腔体的轴线和所述缓冲室的轴线重合；所述第一腔体和所述缓冲室关于所述第二腔体的轴线对称，所述第二腔体关于所述第一腔体的轴线对称。4.根据权利要求1所述的光声池，其特征在于，所述第一腔体与所述第二腔体垂直设置。5.根据权利要求1所述的光声池，其特征在于，所述缓冲室的侧壁设有导...

【专利技术属性】
技术研发人员：尔知玄，周健，蒋小康，王祎明，龚萍，谢亮，
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：