用于光声气体传感器的增强空腔制造技术

本发明专利技术涉及用于光声气体传感器的增强空腔。描述了用于气体传感器的光声池。在一些实施例中，相对于，例如，常规的圆柱形光声池(18)，所述光声池(18)可以被配置为提供光束(26)在所述光声池(18)中的增加的内部程长。所述光声池(18)可以被成形为通过所述光在所述光声池(18)中的内反射，从而增加所述光声池(18)中待检测气体对光的吸收。一个可以提供这样的增加的内反射的示例光声池(18)可以是通常的圆锥形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及气体传感器，并且更具体地涉及光声气体传感器。
技术介绍
气体传感器被广泛应用于许多不同的应用，包括商业应用、军事应用以及个人应用。这些气体传感器的灵敏度可以不同，并且用于特殊应用的气体传感器的类型常常根据所需的灵敏度和费用来选择。对于许多商业可获得的光声气体传感器，灵敏度可以部分地基于光声传感器的内部光程的长度。增加光程长度可能会影响这样的传感器的灵敏度和操作。
技术实现思路
本公开大体涉及气体传感器，并且更具体地涉及光声气体传感器。在一个说明性实施例中，公开了一种光声气体传感器，其增加了在光声池中光束的内部程长，其可以增加光声池中待检测气体对光的吸收。所述光声气体传感器可以包括被配置为发射电磁辐射的电磁辐射源，被配置为接收待检测气体样品的光声池，以及与所述光声池声学耦合的检测器。所述光声池可以包括与所述光声池相邻的光学元件。在某些情况下，所述光学元件的后壁可以限定所述光声池的第一壁。所述光学元件可将所述电磁辐射的至少一部分传输进入所述光声池。所述光声池可成形为使得传输进入所述光声池的电磁辐射在返回到所述光学元件的后壁之前从所述光声池的内表面反射至少两次。在某些情况下，所述光声池可成形并/或被配置为使得传输进入所述光声池的电磁辐射从所述光学元件的后壁反射最少一次。提供前述的
技术实现思路
以便大体理解本专利技术特有的某些创新特征，而并不意图于全面的描述。通过把整个说明书、权利要求书、附图以及摘要作为一个整体可以达到对本公开的全面评价。附图说明通过结合附图对下面本公开的多个说明性实施例的详细描述可以更全面地理解本专利技术，其中图1是说明性光声气体检测系统的示意图；图2是另一说明性光声气体检测系统的示意图；图3是示出图2所示光声气体检测系统中单一光线的光程的示意图；以及图4-6是其它说明性光声池的示意具体实施例方式下面的描述应当参考图来阅读，其中相同的参考标记遍及多个视图指示相同的元件。详细的描述和图示出了用于说明要求保护的本专利技术的多个实施例。图1是可用于检测环境中气体样品浓度的说明性光声气体检测系统10的示意图。 在说明性实施例中，所述光声气体检测系统10可以包括被配置为发射电磁辐射例如光束 26的电磁辐射源12，被配置为接收待检测气体样品的光声池18，以及被配置为检测电磁辐射与所述气体样品之间相互作用(例如吸收)的检测器22。在该说明性实施例中，所述电磁辐射源12 (在某些情况下可以是激光器、发光二极管(LED)、灯或任何其它合适的光源)可以被配置为发射电磁辐射，例如光束沈。在某些情况下，电磁辐射源12可以是准直光源，例如激光器，或者在其它情况下，可以是非准直光源。当提供非准直光源时，所述光束26可利用一个或多个光学元件如透镜聚焦在所述光声池18内的某个位置，但这并不是必需的。尽管不需要，但所述电磁辐射源12可调谐成不同的波长，这有助于识别所述气体样品中的特殊气体种类。当如此提供时，所述光束26可被调谐成待检测气体的吸收线或接近其的波长。可替换地，可以使用具有固定波长(即非可调谐)的电磁辐射源12。在这种情况下，所述电磁辐射源12可选为具有处于待检测气体的吸收线或接近吸收线的波长。在某些情况下，可以使用多个电磁辐射源，每个电磁辐射源提供被调谐成不同气体的吸收线的光的波长。可以预期的是，可以使用任何合适的电磁辐射源12。在该说明性实施例中，所述光声池18用于接收气体样品以进行检测。在某些情况下，所述光声池18可以包含允许气体样品迁移到所述光声池18的空腔17内的膜。所述光声池18可由一个或多个壁限定，例如前壁32、后壁30、以及侧壁27和观，在该说明性实施例中它们共同限定了空腔17。在某些例子中，光声池18可以被配置为向给定体积的空腔17 提供内部光束23的增加的内部程长。在某些情况中，所述光声池18可以成形为使得内部光束23的至少大部分在返回到所述光学元件20的后侧之前从所述光声池18的内壁上反射至少两次。可替换地，或另外，所述光声池18可成形为使得所述内部光束23的至少大部分至少在所述内部光束23第一次返回并到达所述光学元件20后侧时具有大于阈角的入射角。这些只是一些示例。增加空腔17的体积可以显著地减少所述空腔17内的光声信号， 这可以显著地减少所述光声气体检测系统10的信噪比。在许多情况下，所述侧壁，例如侧壁27和观，可以被配置为使得由所述侧壁限定的横截面积从前壁32朝后壁30增大(例如锥形或类似的形状，如图1所示)。在一些实施例中，侧壁27和观中的至少一个被定位成相对于所述前壁32和/或后壁30成非直角，然而，这并不是必需的。如图1所示，侧壁27和观都可以和前壁32以大于90度的角相交， 例如诸如110度。在该示例中，侧壁27和28也可以和后壁30以小于90度的角相交，例如诸如70度。在图1所示的说明性示例中，所述光声池18—般可以是圆锥形形状。然而，可以预期的是，侧壁27和观可以以任何合适的角度与前壁32和/或后壁30相交，并且在某些情况下，可以任意地以不同的相对角相交。进一步，可以预期的是，前壁32和后壁30不必互相平行，甚至可以不是平面的。在一些实施例中，一个或多个壁27、28、30和32中的至少一个可以作为允许气体穿过壁进入空腔17的膜。例如，一个或多个壁27、28、30和32中的至少一个可以包含气体可以穿过的膜。然而，可以预期的是，可以采用其它合适的方法把气体样品提供到所述光声池18中，例如诸如提供一个或多个使气体流通的孔。在图1的说明性实施例中，光学元件20可以限定所述光声池18的前壁32的至少一部分。所述光学元件20可以作为所述光声池18的光学入口，并且可以将光束沈选择性地传输进入所述空腔17。在某些情况下，所述光学元件20可以包含对于电磁辐射源12发出的电磁辐射的至少某些波长(多个)实质上透明的材料，如上所述，可以对应于待检测气体的吸收线。在一个实施例中，光学元件20可以包括被配置为传输位于待检测气体的吸收线的特定范围内或任意地其它期望的范围内的波长带的带通滤波器。当与所述空腔17内的内部光束23相互作用时，尤其是当相对于从所述光学元件 20延伸出的垂直线，入射角位于或大于阈角时，所述光学元件20可以将所述内部光束23反射回到所述空腔17内，而当入射角小于该阈角时，可以将内部光束23传输到所述空腔17 的外面。所述阈角根据光学元件20的材料的折射率(index)、波长带、所述光学元件的形状或方位等因素而变化。通过反射所述内部光束23，可以显著地增加所述光声池18的空腔 17内的内部光束23的内部程长。在某些情况下，所述光声池18可以被配置为在所述内部光束23至少第一次到达光学元件20的后侧(面向空腔17的一侧)时提供大于阈角的入射角。增大入射角度和/或空腔17的内部程长(相对于，例如，圆柱形空腔)可以提高所述空腔17内的声强度和传感器灵敏度。在说明性实施例中，所述检测器22可以被配置为检测所述光声池18内的待检测气体与内部光束23之间的相互作用(例如吸收)。在某些情况下，所述检测器22可以是声学检测器，例如麦克风或其它换能器，其被配置为检测由待检测气体吸收所述内部光束23 所产生的声学信号，如一个或多个压力脉冲。在某些情况下，当在所述光声池18中未检测到气体时(例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种光声气体传感器，包括：电磁辐射源（１２），被配置为发射电磁辐射（２６）；光声池（１８），被配置为接收待检测气体样品，其中所述光声池（１８）包括与所述光声池（１８）相邻并被配置为将所述电磁辐射的至少一部分传输到所述光声池（１８）中的光学元件（２０），其中所述光声池（１８）被成形为使得传输到所述光声池（１８）中的电磁辐射在返回到所述光学元件（２０）之前从所述光声池（１８）反射至少两次；以及声检测器（２２），声学地耦合到所述光声池（１８），所述声检测器（２２）被配置为检测与所述光声池（１８）中气体样品对电磁辐射的吸收相关的声信号。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B·弗里茨，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US