【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电检测系统中的红外探测领域，具体地，涉及一种基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置及方法。
技术介绍
1、红外探测是一种非常重要的技术，其广泛应用于激光测距，红外成像，遥感，气体分析等军事国防与民用领域，一切温度高于绝对零度（-273℃）的物体都在不停地向周围空间发射红外能量，所以可以利用红外光谱的特性进行探测和测量。红外探测器具有灵敏度高，响应速度快，非侵入式，环境适应性强等特点。
2、根据目前红外探测器的工作机制，可将其分为光子型红外探测器和热探测型红外探测器两大类。光子型红外探测器利用入射的光子流与探测器发生作用从而产生光电效应来实现红外探测，但其在宽谱中远红外波段的光子能量较低，所以需要使用制冷器来抑制热噪声来提高其能力，这使得设备的体积增大，能耗较高且造价更加昂贵；而热探测型红外探测器利用物体吸收红外辐射而产生热，使某些物理参数改变来实现红外探测，且无需制冷，在一般环境下能进行探测，但是其性能还有较大提升空间。因此，专利技术一种新的宽谱带、低成本、高效率的红外探测方法具有重要的研究意义。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提出了一种基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置及方法，采用基于光声效应的多种标准浓度混合气体注入储气室密封后，当被探测的红外光经光学耦合模块进入储气室后会有声波信号产生，通过声探测模块采集信号实现红外探测。通过光声效应的应用，解决了光子型红外探测器需要强力制冷器的难点，减小了探测器的体积，降低了成本，且有较宽的红外探
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术第一个方面提供了一种基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，包括：
4、储气室，用于储存密封气体，是气体媒质产生光声效应的腔体，在所述储气室侧壁两端设有单向进气阀，在所述储气室右端设有反光镜，左端设有光学窗片；
5、光学耦合模块，置于所述储气室左侧与所述光学窗片耦合，包括聚焦透镜和准直光学系统，用于准直被探测光线并耦合至所述储气室内；
6、声探测模块，包括双麦克风和信号处理电路，第一麦克风和第二麦克风轴对称置于所述储气室中部，用于采集光声效应产生的声波信号，所述信号处理电路与所述第一麦克风和所述第二麦克风相接，用于差分处理采集的信号；
7、恒温模块，置于所述储气室周围，包括加热器件、测温器件和pid精密温控单元，用于精确恒定所述储气室内的温度；
8、光调制斩波器，置于所述光学耦合模块左侧，对被测红外光进行调制；
9、混合气体，密封于所述储气室内，包括多种标准浓度气体，是光声效应产生的媒质，被红外光照射后产生光声效应，声波信号被采集后便于进行红外探测。
10、进一步地，所述储气室截面为圆形，根据声学理论，截面为圆形的储气腔体有更强的放大信号的能力。
11、进一步地，所述单向进气阀用于注入配备的所述混合气体并密封所述储气室。
12、进一步地，所述声探测模块采用的所述双麦克风设计，可以提升采集所述微小声音信号的能力。
13、进一步地，所述光学耦合模块将被探测光线汇聚，并聚焦成平行光束，其对准并经过光学窗片入射到储气室的反光镜上，使光线更均匀和集中，提升探测效率。
14、进一步地，所述光调制斩波器对被探测光线进行频率周期性的调制，利于声波信号的产生。
15、进一步地，所述混合气体在所述宽谱红外探测装置探测范围内都有良好的红外光吸收效果且不会导致光声信号饱和现象。
16、本专利技术第二个方面提供了一种基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测方法，包括以下步骤：
17、a、设置上述的探测装置；设定恒温模块的标准温度，将配置完成的标准浓度混合气体通过单向进气阀注入储气室内，并将其密封；
18、b、启动所述探测装置，将其对准红外辐射源，即通过光调制斩波器对被探测光线进行调制，并利用所述光学耦合模块，将光线准直后耦合至所述探测装置的储气室内，混合气体吸收红外光能，产生光声效应，将红外光信号转化为声波信号，通过声探测模块的两只麦克风采集信号并输送给信号处理电路差分处理分析，进而实现红外探测；
19、c、所述探测装置利用恒温模块对其进行精确的温控，通过测温器件对温度进行测量后输入到pid精确温控单元中，通过控制加热器件维持恒温。
20、进一步地，所述混合气体可以弥补单组分气体在某些红外波长没有吸收的不足，保证探测装置拥有良好的宽波长响应。
21、进一步地，所述探测装置需要利用恒温模块对所述储气室温度进行精确控制，减小温度对探测的干扰，提升稳定性和可靠性。
22、与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：
23、1、采用基于光声效应的方法，利用不同的气体分子在红外波段有较宽的吸收带的原理，将红外光信号转变为声波信号，实现对红外光的探测。
24、2、有较宽的红外探测范围，且可以根据需要探测的红外波段选择不同的标准浓度混合气体。
25、3、此专利技术较传统的热探测型红外探测器有更快的响应速度，更好的增益和信噪比，减少了热噪声的影响，且探测器的体积小，能耗低，为宽谱红外探测的多元化提供了途径和手段。
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1.一种基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，所述储气室截面为圆形，根据声学理论，截面为圆形的储气腔体有更强的放大信号的能力。
3.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，所述单向进气阀用于注入配备的所述混合气体并密封所述储气室。
4.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，所述声探测模块采用的所述双麦克风设计，可以提升采集所述微小声音信号的能力。
5.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，所述光学耦合模块将被探测光线汇聚，并聚焦成平行光束，其对准并经过光学窗片入射到储气室的反光镜上，使光线更均匀和集中，提升探测效率。
6.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，所述光调制斩波器对被探测光线进行频率周期性的调制，利于声波信号的产生。
7.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红
8.一种基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的探测方法，其特征在于，所述混合气体可以弥补单组分气体在某些红外波长没有吸收的不足，保证探测装置拥有良好的宽波长响应。
10.根据权利要求8所述的探测方法，其特征在于，所述探测装置需要利用恒温模块对所述储气室温度进行精确控制，减小温度对探测的干扰，提升稳定性和可靠性。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，所述储气室截面为圆形，根据声学理论，截面为圆形的储气腔体有更强的放大信号的能力。
3.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，所述单向进气阀用于注入配备的所述混合气体并密封所述储气室。
4.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，所述声探测模块采用的所述双麦克风设计，可以提升采集所述微小声音信号的能力。
5.根据权利要求1所述的基于光声效应的气体媒质宽谱红外探测装置，其特征在于，所述光学耦合模块将被探测光线汇聚，并聚焦成平行光束，其对准并经过光学窗片入射到储气室的反光镜上，使光线更均匀和集中，提升探...
【专利技术属性】
技术研发人员：王建伟，安育汛，丰宗淋，刘尚清，陈秋，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：
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