[發明專利]一種膜片式微型光聲池及其應用

有效

• 申請號: 201210559166.8
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN103063574A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 徐峰;宮奎;俞本立;時金輝;李賀飛
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/17
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及一種微型光聲池，特別涉及一種膜片式微型光聲池。

背景技術

隨著現代工業化生產和人們生活方式的改變，人們的生存環境中存在著各種各樣有毒有害氣體，空氣質量的變化對人類健康及公共安全帶來了巨大的隱患。世界各國都在發展各種氣體檢測技術，以滿足大氣環境監測、溫室效應變化、空氣污染狀況、醫學健康診斷、工業生產安全，甚至國防軍事、國家安全以及反恐等領域對及時、準確、高效的氣體檢測技術的需求。

基于物質光學性質發展起來的光譜分析技術由于測量范圍寬、靈敏度高、壽命長、響應快等優點而被重點關注。在眾多光譜分析技術中，光聲光譜氣體檢測方法作為一種理想的無背景噪聲光譜檢測技術，具有良好的選擇性，不受反射光、散射光和透射背景光的影響，檢測靈敏度極限高等優點。光聲光譜氣體檢測方法的基本原理是利用待測氣體分子受外界光源激發，吸收特定波長光子的能量，氣體分子躍遷到激發態，再通過熱釋放吸收的能量，從而引起氣體溫度變化產生了壓強變化，當激發光源以一定頻率的信號調制，氣體會產生與調制信號頻率相同的聲頻信號，利用傳感器檢測出該光聲信號，可獲得待測氣體的信息。

現有光聲光譜檢測系統的光聲池體積較大，空間光路結構復雜，光路調整難度大，且光聲腔不可避免使用光學窗口，會產生因窗口吸收及散射引起的噪聲；此外，現有大多光聲系統多采用電容式麥克風或音叉結構來實現對光聲信號的拾取，光聲信號需要經過麥克風或音叉轉換成電信號再經過放大處理，這一光聲信號拾取過程必然引入電噪聲，影響檢測精度，并且由于光聲腔內存在電信號，因而限制了其在易燃、易爆環境下的氣體檢測應用。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種全光結構的膜片式微型光聲池及其應用，以其實現的光聲光譜檢測系統體積微型化、光路結構簡單，無光學窗口可避免引入額外的噪聲，并且通過高靈敏度振動感應薄膜對光聲信號直接拾取，檢測靈敏度高、光聲光譜檢測探頭無電信號，可應用于易燃、易爆環境下的氣體濃度檢測。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明一種膜片式微型光聲池，其結構特點是：設置一筒體，在所述筒體的一端支撐有振動感應薄膜，在筒體的另一端插入光纖，形成一筒狀光聲腔；在所述筒體的側壁上設置有氣流通孔；通過光纖同時傳輸檢測光和由聲頻信號調制的激發光。

本發明一種膜片式微型光聲池，其結構特點也在于：所述氣流通孔在所述筒體側壁上是以進氣孔和出氣孔成對設置。

所述振動感應薄膜為平面膜或具有中心反射平面的圓環狀波紋膜，所述振動感應薄膜的厚度為100-500nm。

所述檢測光為近紅外光，所述振動感應薄膜對于近紅外光具有反射特性。

所述光纖在位于光聲腔中的端面為傾角大于8°的斜面。

所述膜片式微型光聲池進行氣體濃度檢測的方法如下：

待測氣體通過氣流通孔進入光聲腔內，通過光纖向光聲腔內導入由聲頻信號調制的具有設定波長的激發光；同時，利用由光纖傳輸的檢測光檢測獲得所述振動感應薄膜的光聲振動信號，依據所述光聲振動信號的強度得出被測氣體濃度。

與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：

1、本發明采用振動感應薄膜直接拾取光聲信號，其靈敏度高，避免了因麥克風或音叉的引入產生的噪聲，同時可以實現微型化的光聲腔；

2、本發明中光信號由光纖導入、導出，無需光學窗口，光路結構簡單可靠，避免了引入額外的噪聲；

3、本發明實現的光聲池為全光結構，避免了電信號的存在，因而檢測系統能應用于易燃、易爆等特種環境中的氣體檢測。

附圖說明

圖1為本發明外部形狀示意圖；

圖2為本發明內部結構示意圖；

圖3a為本發明中環形波紋狀振動感應薄膜立面示意圖；

圖3b為本發明中環形波紋狀振動感應薄膜平面示意圖；

圖中標號：1振動感應薄膜；2柱狀插芯端面；3柱狀插芯；4光纖；5氣流通孔；6筒體；7中心反射平面；8環形凹槽；9環形凸脊。

具體實施方式

本實施例中膜片式微型光聲池的結構形式如圖1和圖2所示：

設置一筒體6，在筒體6的一端支撐有振動感應薄膜1，在筒體6的另一端插入光纖4，形成一筒狀光聲腔；在筒體6的側壁上設置有氣流通孔5；通過光纖4同時傳輸檢測光和由聲頻信號調制的激發光。

筒體6可以是圓筒，被測氣體在圓筒光聲腔內產生的光聲信號容易引起振動感應薄膜1產生振動，從而提高檢測靈敏度。