[發(fā)明專利]能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910310515.0
• 申請日: 2009-11-26
• 公開（公告）號: CN101718680A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉先勇;鄭成坤;王壽全;蒙瑰;余玉江;郭瀟;胡文;樂莉
• 申請（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué);四川省煤炭產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 林輝輪;熊曉果

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及光聲氣體檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種在光聲氣體檢測中能降低環(huán)境噪聲影響的光聲氣體檢測裝置及方法。

背景技術(shù)

光聲氣體檢測是一種基于光聲光譜效應(yīng)檢測氣體濃度的方法。光聲效應(yīng)是物質(zhì)吸收調(diào)制光能后產(chǎn)生聲信號的效應(yīng)，是一種由光能轉(zhuǎn)變成熱能、熱能轉(zhuǎn)化成聲信號的效應(yīng)。光聲氣體檢測裝置主要由光源(如激光器)、光聲池、聲傳感器(如微音器)和信號檢測處理模塊四部分構(gòu)成。光源發(fā)射強(qiáng)度受到調(diào)制的光，射入光聲池，光聲池內(nèi)的氣體因間歇吸收光能而形成聲波，聲傳感器檢測聲信號并傳給信號檢測處理模塊，根據(jù)預(yù)先建立的聲強(qiáng)與標(biāo)準(zhǔn)氣體濃度之間的關(guān)系，可以檢測未知?dú)怏w的濃度。

光聲氣體檢測中采用微音器測量聲音信號，此聲音信號包括光聲信號和外界(環(huán)境)噪聲信號，噪聲信號將限制氣體濃度的檢測精度和最低檢測水平。為提高系統(tǒng)檢測靈敏度，必須設(shè)法降低噪聲電壓水平。外界環(huán)境中的隨機(jī)信號具有較大的不確定性，并且當(dāng)噪聲信號較大時將會使微音器檢測到的信號發(fā)生較大的偏移。現(xiàn)在普遍采用鎖相放大器消除光聲信號中的噪聲，但是鎖相放大器不能濾除與光聲信號同頻同相的噪聲。與光聲信號同頻的持續(xù)噪聲信號和沖擊噪聲信號，會導(dǎo)致氣體濃度出現(xiàn)持續(xù)的偏差或者突變，給氣體檢測帶來不利的影響。

瑞士西門子公司在其中國發(fā)明專利01803079.3提出“光聲測量裝置及其應(yīng)用”，其方法適用于報警閾值判斷，要求具備參考池，而且不適用于寬動態(tài)范圍(從極低濃度，如ppt或者ppm至100％)的精確測量。

荷蘭飛利浦皇家電子股份有限公司申請的中國發(fā)明專利200580045418.3提出“光聲檢測器中背景聲信號的抑制”，主要使用了腔壁上的透明導(dǎo)電涂層和第二束光，使其在腔壁及窗口的背景噪聲的相位，與第一束光的背景噪聲位相相反，從而達(dá)到消除光聲腔內(nèi)部背景噪聲的目的；但其不能消除環(huán)境噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了一種能在光聲氣體檢測中有效降低環(huán)境噪聲干擾的光聲氣體檢測裝置，以及一種能在光聲氣體檢測中有效降低環(huán)境噪聲干擾的方法，增強(qiáng)光聲氣體檢測的環(huán)境適應(yīng)能力，提高光聲氣體檢測的精度和可靠性，有利于氣體檢測儀的小型化。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置，包括光聲池，在光聲池的共振段內(nèi)安裝內(nèi)微音器，在共振段外安裝光源，使光源的光線可以穿過共振段；在光聲池的一端設(shè)置進(jìn)氣端口，另一端設(shè)置出氣端口，在所述光聲池外安裝有外微音器，內(nèi)微音器和外微音器均通過信號傳輸線路與后端信號處理電路連接，后端信號處理電路通過信號傳輸線路與處理器連接。

在所述共振段的兩端分別設(shè)置進(jìn)氣緩沖室和出氣緩沖室，所述進(jìn)氣端口和出氣端口分別設(shè)置在進(jìn)氣緩沖室和出氣緩沖室的側(cè)面。

所述進(jìn)氣緩沖室和出氣緩沖室內(nèi)部均為方形。

一種利用所述的能扣減環(huán)境噪聲的光聲氣體檢測裝置檢測光聲氣體的方法，包括如下步驟：

第一步，在光聲池外設(shè)置一噪聲源，產(chǎn)生一系列強(qiáng)度的噪聲信號，內(nèi)微音器和外微音器采集信號，并將采集到的信號送入后端信號處理電路，得出同頻同相的噪聲信號幅值；通過測量一組內(nèi)微音器的噪聲信號N₁和外微音器的噪聲信號N₂，求出噪聲從光聲池外傳入內(nèi)部的衰減系數(shù)f(N₂)；

第二步，驅(qū)動光聲池中的光源發(fā)光，光的波長為被測氣體吸收波長并且頻率為共振段的共振頻率，內(nèi)微音器和外微音器采集信號；

第三步，將內(nèi)微音器和外微音器采集的信號送入后端信號處理電路，得出與共振段共振頻率一致的信號，在處理器中按照公式N₁＝N₂f(N₂)計(jì)算得到有用的光聲信號。

所述噪聲源設(shè)置在光聲池外部。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：通過在光聲池外設(shè)置外微音器，用外微音器檢測到的信號，校正光聲池中內(nèi)微音器檢測到的信號中的環(huán)境噪聲，增強(qiáng)光聲氣體檢測的環(huán)境適應(yīng)能力，提高光聲氣體檢測的精度和可靠性；使用外微音器標(biāo)定內(nèi)微音器中測到的噪聲信號，能消除內(nèi)微音器中與光聲信號同頻同相的噪聲信號，能有效降低外界噪聲對光聲氣體檢測儀精度的影響，增加光聲氣體檢測儀的環(huán)境適應(yīng)能力，又有利于氣體檢測儀的小型化。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是本發(fā)明的示意圖。

具體實(shí)施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。