【技术实现步骤摘要】
本申请属于气体传感领域，更具体地，涉及一种光声光谱测声器及气体探测装置。
技术介绍
1、痕量气体是指浓度在百万分之一以下的气体。它的检测技术在工业控制、医学诊断、环境监测等领域有着广泛的需求。基于检测原理，气体传感器主要分为非光学类气体传感器和光学类气体传感器两大类。对于非光学类气体传感器，电化学传感器可能无法区分出一些气体，而气相色谱质谱法无法实时、原位检测。随着激光技术的发展，光学类气体传感器以其灵敏度高、选择性强、响应速度快等特点在近年来得到广泛研究。光学传感技术主要又分为直接吸收光谱和间接吸收光谱，其中直接吸收光谱必须搭配价格昂贵的光电探测器一起使用，而间接检测光声信号的光声光谱技术由于其简单的结构具有独特优势。
2、光声光谱是基于光声效应的探测技术，目标气体分子吸收特定波长的入射光后，由基态跃迁至激发态，随后驰豫通过无辐射跃迁回到基态，放出热量。气体内部局部的温度的变化会导致压强发生变化，产生声波。如果对入射光进行调制，声波也会以对应的频率产生。使用声学传感器将声信号转换为电信号，就可以反演出待测气体的浓度。和其他光学类气体传感器相比，光声光谱的优点是光声效应的强弱不依赖于光学吸收路径的长度。因此基于光声光谱原理的探测仪器可以微型化和模块化。以上优点使光声光谱技术应用范围更加广泛。
3、美国莱斯大学的anatoliy kosterev博士以及frank tittel教授于2002年专利技术了石英增强光声光谱技术(qepas)。该技术基于光声光谱原理并以音叉式的石英晶振作为声学传感器。通过石英的压
4、专利文献cn 113552212 a公开径向腔石英增强光声光谱测声器及其气体探测装置，该装置采用了圆柱筒作为径向声学谐振腔来通过谐振效应放大声波信号。然而该装置中，光束垂直穿过音叉振臂缝隙，因此音叉振臂缝隙的几何尺寸对光束产生了一些轮廓质量要求，要求其光束的轮廓小于音叉振臂间隙。事实上，并不是所有光束都能穿过音叉的振臂间隙。例如频率为0.1thz的光，其波长为3mm，而商用32768hz音叉的振臂间隙为0.3mm，光束无论如何聚焦，从原理上它都无法通过该音叉的振臂间隙。当光束无法完全准直穿过音叉振臂间隙，而与音叉振臂有所接触时，会产生极大的热噪声，从而降低装置的探测灵敏度。此外，该专利文献中，光与音叉所在的平面垂直，光所产生的声波和音叉的作用仅为一个点，导致耦合强度弱，装置探测灵敏度有待提高。
5、专利文献cn 110646348 a公开基于平行入射的石英光声光谱传感系统，该系统中光束平行于石英音叉振臂入射，并穿过两音叉振臂间隙，传输至石英音叉中，激发气体分子产生声波信号。该专利技术虽然增加了光束产生的声波与音叉的作用面积，作用由点变为线，提高了耦合强度。但是需要在光束传输路径额外采用技术手段阻止光束照射音叉底部，否则会产生极大光热噪声，损害探测信噪比，降低灵敏度此外该装置对入射光束的轮廓有一定的要求，要求光束平行，且光束直径小于音叉的振臂间隙。
6、综上所述，现有技术中音叉振臂间隙对光束质量和光束轮廓约束要求较高，现在有的光束激发方式有两点弊端：第一，光热噪声大，探测信噪比低；第二，腔内声波信号的激发强度有待提高。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本申请的目的在于一种光声光谱测声器及气体探测装置，旨在解决现有声学谐振腔和音叉两者对光束轮廓质量的约束而产生的光热噪声问题，以及腔内声波信号的激发强度不高的问题，进而导致灵敏度低的问题。
2、为实现上述目的，第一方面，本申请提供了一种光声光谱测声器，包括：圆柱筒，所述圆柱筒具有透光窗口；
3、石英音叉，所述石英音叉置于所述圆柱筒内部；
4、当与所述石英音叉的面内区域不相交的激光光束从所述透光窗口入射到圆柱筒内时，所述圆柱筒用于将所述激光光束激发圆柱筒内气体所产生的声波信号共振放大，所述石英音叉用于测量所述声波信号。
5、需要说明的是，圆柱筒将声波信号共振放大指的是提供一个声学谐振腔。上述声学谐振腔主要由圆柱筒的筒身或筒体贡献。进一步地，圆柱筒的透光窗口位于筒的一端。圆柱筒的另一端可以是透光材料或者不透光材料。上述透光窗口或透光材料，可以是透光的玻璃，也可以是无任何材料，即圆柱筒的一端或两端均为开口形式，入射光可以直接入射到圆柱筒内。
6、其中，圆柱筒的两端指的圆柱筒的顶端和底端，底端和顶端均为一个圆盘；筒身即筒体，指的是连接圆柱筒顶端和底端的部分。
7、本领域技术人员可以理解的是，当上述光声光谱测声器用于探测气体浓度时，圆柱筒可以以两端开口的方式直接置于待测气体的环境内；或将待测气体注入到两端封闭的圆柱筒，之后实现对气体浓度的探测。本领域技术人员可以根据实际需要选择具体的方案，本申请对此不做任何限定。
8、进一步地，音叉平面定义为音叉的两个振臂组成的平面，如图1(a)所示；本申请中提到的音叉的面内区域是指在几何空间上，音叉的两个振臂及其延长线组成的平面；本申请中提到的音叉的面外区域是指除面内区域之外的区域。
9、可选地，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值大于预设值为准。
10、可选地，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值最大为准。
11、可选地，所述圆柱筒为封闭的气室。
12、可选地，所述圆柱筒为所述声波信号提供径向共振腔。
13、可以理解的是，径向圆柱桶的直径与其长度相比拟，或圆柱筒的直径大于等于其长度。
14、可选地，所述石英音叉的振臂与圆柱筒的中轴线平行。
15、可选地，所述激光光束与圆柱筒的中轴线平行。
16、可选地，所述石英音叉设置于圆柱筒底部，所述圆柱筒的顶部为所述透光窗口。
17、可选地，所述圆柱筒底部为透光窗口或非透光窗口。
18、第二方面，本申请提供了一种气体探测装置，包括上述第一方面提供的光声光谱测声器；
19、所述圆柱筒内有待测气体。
20、总体而言，通过本申请所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
21、本申请提供一种光声光谱测声器及气体探测装置，将面外激发和径向声学谐振腔的思想相结合，应用于石英增强光声光谱气体探测技术。采用面外激发方式，入射激光不需要穿过石英音叉，减少了激光引起的热噪声，提高探测信噪比，提升灵敏度，扩展了测量的气体浓度范围。采用径向共振声学谐振腔，与轴向腔相比，半径更大，长度更短，便于光束的准直。
22、本申请提供一种光声光谱测声器及本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种光声光谱测声器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值大于预设值为准。
3.根据权利要求2所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值最大为准。
4.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述圆柱筒为封闭的气室。
5.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述圆柱筒为所述声波信号提供径向共振腔。
6.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉的振臂与圆柱筒的中轴线平行。
7.根据权利要求1或6所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述激光光束与圆柱筒的中轴线平行。
8.根据权利要求1至6任一项所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉设置于圆柱筒底部，所述圆柱筒的顶部为所述透光窗口。
9.根据权利要求8所述的光声光谱测声
10.一种气体探测装置，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述的光声光谱测声器；
...【技术特征摘要】
1.一种光声光谱测声器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值大于预设值为准。
3.根据权利要求2所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述石英音叉在圆柱筒内的放置位置、所述激光光束的入射方向和激光参数均以所述石英音叉测得声波信号的幅值最大为准。
4.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述圆柱筒为封闭的气室。
5.根据权利要求1所述的光声光谱测声器，其特征在于，所述圆柱筒为所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑华丹，罗惠健，赵耀洪，林灏杨，朱文国，黄富荣，钟永春，余健辉，李真，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：
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