[發(fā)明專利]基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光學(xué)氣體探測(cè)方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310305128.4
• 申請(qǐng)日: 2013-07-20
• 公開（公告）號(hào): CN103411898A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董磊;武紅鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/27
• 分類號(hào): G01N21/27
• 代理公司: 太原科衛(wèi)專利事務(wù)所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光式微量氣體探測(cè)方法，包括基于音叉式石英晶振的氣體共振發(fā)生方法；其特征在于，還包括全光學(xué)探測(cè)方法；所述全光學(xué)探測(cè)方法采用以下步驟：引入一束探測(cè)光入射至音叉式石英晶振的任意一個(gè)振臂的外側(cè)面，音叉式石英晶振的振臂在待測(cè)氣體吸收激發(fā)光能量后產(chǎn)生的聲波的作用下發(fā)生共振，引起入射至振臂上的入射光的入射方向及其反射光的反射方向發(fā)生變化；采集固定在空間位置上的一個(gè)接收面接收到的反射光因反射方向變化引起的強(qiáng)度變化信息，根據(jù)該強(qiáng)度變化信息得到待測(cè)氣體的濃度；所述入射光與反射光所在平面呈豎直平面且該平面垂直于音叉式石英晶振的振臂外側(cè)面；所述接收面接收到的反射光的強(qiáng)度變化量I_大－I_小=ΔI，式中I_大、I_小分別是接收面接收到的反射光的強(qiáng)度最大值和最小值；所述反射光的強(qiáng)度變化量ΔI與音叉式石英晶振的振幅成線性關(guān)系，而音叉式石英晶振的振幅與待測(cè)氣體的濃度y成線性關(guān)系，可知反射光的強(qiáng)度變化量ΔI與待測(cè)氣體濃度y成線性關(guān)系；設(shè)反射光的強(qiáng)度變化量ΔI與某一種待測(cè)氣體濃度y的關(guān)系式為y=kΔI+b，式中k，b為待定常數(shù)；至少取兩份濃度已知的該種待測(cè)氣體樣品，分別測(cè)出至少兩份待測(cè)氣體樣品吸收激光能量后產(chǎn)生聲波引起的探測(cè)光反射后的光強(qiáng)變化量，根據(jù)至少兩組[y,?ΔI]值擬合出k和b，即得到反射光強(qiáng)度的變化量ΔI與待測(cè)氣體濃度y的定量關(guān)系，據(jù)此就可以用于測(cè)定該種氣體的濃度；選擇不同氣體的樣品，擬合出每種氣體對(duì)應(yīng)的k，b值，就可用于測(cè)定這些氣體的濃度；所述用于探測(cè)的入射光與音叉式石英晶振的振臂外側(cè)面的法線所成角度為10~80°。

2.一種基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光式微量氣體探測(cè)裝置，用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的方法，包括激發(fā)光發(fā)射裝置、函數(shù)發(fā)生器（8）和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（10）；激發(fā)光發(fā)射裝置的出射光路上依次設(shè)有光束聚焦器（2）和氣體池，氣體池內(nèi)設(shè)有音叉式石英晶振（3）；函數(shù)發(fā)生器（8）的一個(gè)信號(hào)輸出端與激發(fā)光發(fā)射裝置的電流調(diào)制端相連接；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（10）的信號(hào)輸出端與激發(fā)光發(fā)射裝置的控制端相連接；其特征在于還包括全光學(xué)探測(cè)裝置；所述全光學(xué)探測(cè)裝置包括探測(cè)光發(fā)射裝置、匯聚透鏡（6）、光電轉(zhuǎn)換裝置（7）以及鎖相放大器（9）；所述光電轉(zhuǎn)換裝置（7）的信號(hào)輸出端與鎖相放大器（9）的一個(gè)信號(hào)輸入端相連接；鎖相放大器（9）的另一個(gè)信號(hào)輸入端與函數(shù)發(fā)生器（8）的另一個(gè)信號(hào)輸出端相連接；鎖相放大器（9）的信號(hào)輸出端與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（10）的信號(hào)輸入端相連接；所述探測(cè)光發(fā)射裝置的位置應(yīng)保證其出射光與音叉式石英晶振（3）的振臂外側(cè)面的法線所成角度為10~80°；探測(cè)光發(fā)射裝置的出射光打在振臂外側(cè)面后產(chǎn)生的反射光與出射光所在平面呈豎直平面且該平面垂直于音叉式石英晶振的振臂外側(cè)面；所述匯聚透鏡（6）和光電轉(zhuǎn)換裝置（7）順次設(shè)在反射光路上。

3.如權(quán)利要求2所述的基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光式微量氣體探測(cè)裝置，其特征在于，所述音叉式石英晶振（3）的振臂外側(cè)面貼有反射膜。

4.如權(quán)利要求2或3所述的基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光式微量氣體探測(cè)裝置，其特征在于，所述激發(fā)光發(fā)射裝置包括激發(fā)光源（1）以及驅(qū)動(dòng)激發(fā)光源（1）的激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)器（11）；所述探測(cè)光發(fā)射裝置包括探測(cè)光源（5）以及與之配套的探測(cè)光源驅(qū)動(dòng)器（4）；所述函數(shù)發(fā)生器（8）的信號(hào)輸出端與激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)器（11）的電流調(diào)制端相連接；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（10）的信號(hào)輸出端與激發(fā)光源驅(qū)動(dòng)器（11）的控制端相連接。

5.如權(quán)利要求3所述的基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光式微量氣體探測(cè)裝置，其特征在于，所述反射膜采用薄錫紙或塑料紙。

6.如權(quán)利要求2或3所述的基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光式微量氣體探測(cè)裝置，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換裝置（7）采用光電探測(cè)器或位置探測(cè)器或多相限探測(cè)器。

7.如權(quán)利要求4所述的基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光式微量氣體探測(cè)裝置，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換裝置（7）采用光電探測(cè)器或位置探測(cè)器或多相限探測(cè)器。

8.如權(quán)利要求4所述的基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光式微量氣體探測(cè)裝置，其特征在于，所述探測(cè)光源（5）采用激光器或激光筆。

9.如權(quán)利要求4所述的基于石英增強(qiáng)光聲光譜的全光式微量氣體探測(cè)裝置，其特征在于，探測(cè)光源（5）出射光路上設(shè)有準(zhǔn)直器。