[發明專利]一種基于石英微音叉光聲效應的光聲光譜遙測方法及裝置

無效

• 申請號: 201310015264.X
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103105365A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 賈書海;張周強;馬斌山;陳花玲
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/39
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明屬于光聲光譜技術領域，涉及一種基于石英微音叉光聲效應的光聲光譜遙測方法及裝置。

背景技術

光聲光譜技術（photoacoustic?spectroscopy）是一種基于光聲效應發展起來的光譜技術。光聲光譜測量的是物體吸收光能的大小，可以測量傳統光譜方法難以測量的光散射強和不透明物體，而且樣品無論是晶體、粉末、膠體等均可測量，具有靈敏度高、適用范圍廣等優點。在物理、化學、化工、地質學、生物，醫學等方面有廣泛的應用前景。

經文獻檢索發現，已有的光聲光譜測量方法主要分兩類，一類對樣品進行采樣，將樣品引入樣品池中進行測量。如西南科技大學劉先勇等在中國專利CN1928531《光聲光譜法檢測甲烷氣體濃度的方法》中采用光聲池與微音器組合對甲烷氣體光聲信號進行檢測。山東電力集團公司電力科學研究院云玉新在中國專利CN102721645A《便攜式S^F₆氣體分解物光聲光譜檢測裝置及檢測方法》中采用微音器對光聲池中氣體產生的光聲信號進行檢測。中國科學院安徽光學精密機械研究所高曉明等在中國專利CN101813621A《基于聲諧振腔的石英音叉增強型光聲光譜氣體傳感裝置》中使用聲諧振腔與石英音叉組合對氣體的光聲光譜進行測量。上述方法均需要對被測物體進行采樣，將其引入樣品池中方可進行測量，操作復雜，難以滿足快速、在線、在開放環境下檢測的要求，并且微音器的信噪比低，難以實現被測物與測量裝置有一定距離的光譜遙測。所以難以用于機場等場合危險物品的檢測。

第二類是使用石英晶體的壓電特性直接獲取電信號。比如Charles?W?Van.Neste等在美國專利US7924423B2“Reverse?photoacoustic?standoff?spectroscopy”中羅列了對光聲信號進行檢測通常使用的檢測裝置，比如微音器、懸臂梁、薄膜，MEMS器件等。并舉例使用石英音叉對聲音信號進行探測，石英音叉在光聲信號作用下發生振動，產生壓電信號，此信號即包含物質光譜信息。AnatoliyA.Kosterev等在美國專利US7245380B2，“Quartz-enh?ancedphotoacoustic?spectroscopy”中使用石英音叉對被測物體光聲信號進行檢測，并利用石英晶體的壓電特性直接獲取電信號。使用石英晶體的壓電特性直接獲取電信號方便簡潔，但是存在檢測靈敏不夠高，溫度對壓電系數影響較大而導致測量結果偏差等缺點。難以用于機場等場合危險物品的檢測。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種基于石英微音叉光聲效應的光聲光譜遙測方法及裝置，不需要樣品制備和預濃縮過程，不需要光聲池，可以直接在開放環境下遠距離對物品進行測量。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種基于石英微音叉光聲效應的光聲光譜遙測方法，包括以下操作：

1）將波長連續改變的連續光調制為光強按一定頻率變化的光，光強變化的頻率與石英微音叉的共振頻率一致，然后將該光照射到待測物體上；

2）光在待測物體上發生反射，利用凹面反射鏡來收集待測物體的反射光，并將反射光聚焦到石英微音叉上，在石英微音叉中產生光聲效應，石英微音叉產生共振；由于被測物體對不同波長的光波的吸收程度不同，石英微音叉的振幅隨入射光波長的變化而發生變化；

3）將第二束光照射到石英微音叉上，光束將在石英微音叉上發生反射，反射光束的光點位置會隨著石英微音叉的振動而移動；在第二束光的反射光路中設置折疊光路，折疊光路擴大光程，使光點位置移動幅度擴大；

4）在折疊光路的出口利用光點位置傳感器對光點位置進行探測，將光點位置信號通過光電轉換變為電信號，并對所得電信號進行處理，得到石英微音叉與入射光波長的變化所對應的振幅，進而獲得待測物體的吸收光譜。

所述根據待測物體的吸收光譜就能夠分辨出待測物體的種類，判斷出待測物體是否為危險物品。

所述的光均為由激光器發射的激光。

所述將光點位置信號通過光電轉換變為電信號是用光點位置傳感器來完成，光點位置傳感器根據光點位置的變化輸出相應的電信號，并將電信號用放大器放大。

獲得待測物體的吸收光譜的操作為：

可變波長激光器發出的光線照射到待測物體，待測物體會對不同波長的光波表現不同程度的吸收；待測物體對某一波長的光波吸收程度強，則導致經凹面鏡收集后照射到石英微音叉的光強減弱，結果使石英微音叉振幅減小，反之，則使石英微音叉振幅增大；