[發明專利]用于光聲檢測器的振蕩器元件

無效

• 申請號: 200780041805.9
• 申請日: 2007-11-05
• 公開（公告）號: CN101535801A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: H·W·范克斯特倫;I·F·赫爾韋根;J·卡爾克曼
• 申請（專利權）人: 皇家飛利浦電子股份有限公司
• 主分類號: G01N29/02
• 分類號: G01N29/02;G01N21/17
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 康正德;劉 紅

技術領域

本發明涉及一種用在光聲檢測器中的振蕩器元件，其用于在樣本混合物中檢測樣本的濃度，該光聲檢測器使用光束以激發振蕩器元件的激發區域附近的樣本的分子，這種激發導致該振蕩器元件的共振，該振蕩器元件包括用于在其機械地扭曲時產生電壓的壓電材料，和至少部分地覆蓋振蕩器的表面以用于寄存所產生電壓的電極。

本發明進一步涉及包括這種振蕩器元件的光聲檢測器。

背景技術

這種振蕩器元件還用在美國專利申請US2005/0117155中所描述的光聲示蹤氣體檢測器中。該光聲示蹤氣體檢測器使用激光束來激發氣體混合物中的示蹤氣體的分子。這種對示蹤氣體分子的激發導致溫度和壓力增加。該激光束的波長或振幅被調制以用于在氣體混合物中產生壓力變化。在根據US2005/0117155的光聲示蹤氣體檢測器中，石英音叉檢測壓力變化。在被前置放大器放大之后，鎖相放大器將該音叉信號與參考信號混合以獲得輸出信號。為檢測壓力變化使用的石英音叉實現了相對緊湊的光聲示蹤氣體檢測器。

光聲示蹤氣體檢測器的一個重要應用是呼吸檢測。呼吸檢測是有前途的醫療技術領域。呼吸檢測是無創的、用戶友好的和低成本的。呼吸檢測的主要實例是哮喘的監測、酒精呼吸檢測以及胃病和急性器官排斥的檢測。第一個臨床試驗表明可以應用在乳腺癌和肺癌的預先篩選方面。這些揮發性的生物標志物具有在十億分之一(ppb)的范圍內的典型的濃度。一氧化氮(NO)是人類呼吸中最重要的示蹤氣體之一，并且在哮喘病人中可能發現濃度升高的NO。目前，呼出的濃度水平為ppb的NO只能使用基于化學發光或光學吸收光譜的昂貴且龐大的裝置來測量。緊湊的、低成本的NO傳感器形成令人感興趣的設備，該設備可以用于診斷和監測氣道炎癥并且可以用在醫生辦公室中以及在家中用于藥物控制。

為了在呼出氣體中檢測NO，已經選擇了一種途徑，其中NO被化學轉換為NO₂，隨后用合并了藍色半導體激光器的光聲傳感器來檢測該NO₂。NO₂具有在藍色波長范圍內的寬的吸收光譜，并且因此波長調制不是用于檢測NO₂的優選的調制方法。不幸的是，激光器功率的振幅調制導致較大的背景信號，其容易支配與NO₂相關的較小的光聲信號。根據US2005/0117155的光聲示蹤氣體檢測器的問題在于，測量的準確性不夠。

發明內容

本發明的目的是提供一種根據開篇段的振蕩器元件，該振蕩器元件改進了現有技術的光聲檢測器的狀態準確性。

根據本發明的第一方面，該目的可以通過將激發區域以這樣的方式布置來實現：使得避免在激發區域中電極被光束加熱。

本發明基于這樣的認識：現有技術的光聲檢測器的檢測器信號受到對音叉拾音元件的強烈的直接激發的負面影響，這種激發使得檢測小光聲信號變得困難。在光聲檢測中，光束聚焦在樣本混合物處，其非常靠近振蕩器元件，從而使得振蕩器元件可以檢測壓力變化。由于激光束的光的散射、較小的對準誤差和強度分布的寬度，該激光束不僅激發樣本分子，而且直接激發部分振蕩器元件，從而導致加熱并產生背景信號。貫穿本文，激發光點的樣本分子鄰近的區域被稱為激發區域，當使用光聲檢測器時該區域也被激光束加熱。激發區域的加熱導致振蕩器元件的膨脹和機械扭曲，這導致電壓變化，該電壓變化經電極被拾取。通過以這樣的方式布置該激發區域：使得避免振蕩器元件被入射到激發區域的光束加熱，來提高樣本濃度檢測的準確性。

在根據本發明的振蕩器元件的優選實施例中，電極沒有覆蓋激發區域中的振蕩器元件的表面。通過在其表面的金屬電極對光的吸收造成振蕩器元件的直接激發，從而導致電極和在電極后面的壓電材料的局部加熱。當電極沒有覆蓋檢測區域中的振蕩器元件的表面時，光束將不會加熱電極。壓電材料本身的吸收是小的并且不會產生背景信號。被電極覆蓋的區域的減少導致來自振蕩器元件的輕微減小的電信號，但是這種影響被任何背景信號的缺失大大地補償。優選地，為了防止當所述輻射已經穿過通常透明的壓電材料時在中斷的區域的背面上的吸收，電極材料也在背面被中斷。在背面中斷電極的另一個原因是，由向前和向后穿過該單元的光束來實現光聲檢測。

在另一個實施例中，電極具有對所述光束的某一波長的光的高反射系數。對入射光的高反射性導致低吸收，從而導致振蕩器元件的最小的溫度增加。例如，當藍色光用于光聲檢測時，可以選擇在該波長范圍中具有高反射性的金屬，例如銀或鋁。金和銅對于該波長不太有利。