[發明專利]基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的光聲氣體傳感裝置有效

申請號：	201310323602.6	申請日：	2013-07-30
公開（公告）號：	CN103411904A	公開（公告）日：	2013-11-27
發明（設計）人：	劉錕;高曉明;汪磊;談圖;張為俊	申請（專利權）人：	中國科學院合肥物質科學研究院
主分類號：	G01N21/31	分類號：	G01N21/31
代理公司：	合肥和瑞知識產權代理事務所(普通合伙) 34118	代理人：	任崗生
地址：	230031***	國省代碼：	安徽;34
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摘要：
搜索關鍵詞：	基于聚偏氟乙烯壓電薄膜聲氣傳感裝置
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種光聲氣體傳感裝置，尤其是一種基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的光聲氣體傳感裝置。?

背景技術

探測和確定氣體濃度或化學成分在環境監測、氣候、農業、安全、醫學診斷以及工業等領域有著廣泛的應用需求。隨著激光技術、弱信號檢測技術的發展，光聲光譜技術也得到了快速的發展，而且光聲光譜技術被認為是一種零背景、高靈敏度、高選擇性的光譜技術。?

光聲光譜是與基于比爾－朗伯(Beer-Lambert)吸收定律的傳統吸收光譜不同的獨特光譜技術，是基于光聲效應的一種光譜技術，探測的是被樣品吸收的光能量而不是透射光強。當處于分子吸收波段的光源照射到樣品上時，樣品分子吸收光能量而躍遷到激發態，處于激發態的分子通過碰撞弛豫回到基態，同時吸收的光能量轉化為分子的內能，并導致分子的局部溫度升高。所以當照射到樣品分子上的光受到調制時，分子的局部溫度就產生周期性的變化，從而產生周期性的壓力變化，即聲波。當人們用麥克風等聲傳感器記錄聲信號隨光源波長的關系，就得到了光聲光譜信號。與一般的基于比爾－朗伯(Beer-Lambert)吸收定律的傳統吸收光譜技術相比，光聲光譜具有以下特點：一是光聲光譜測量的是被分子吸收的光能量，因此光聲光譜信號只與被分子吸收的光能量（而非透射光強或反射光強）相關，故無吸收就無信號，是一種零背景光譜技術；二是光聲光譜信號用聲傳感器探測，因此探測器沒有波長依賴特性；三是光聲光譜具有線性度好、響應范圍寬的特點，理論上一個校準點就足以體現傳感器響應特性；四是光聲光譜具有靈敏度高，系統體積小，便于發展成便攜式氣體傳感器的特點。鑒于光聲光譜的這些特點，除了基于麥克風的傳統光聲光譜外，新的光聲光譜技術不斷出現。如于2012年4月25日公告的中國發明專利說明書CN101813621B中記載的一種“基于聲諧振腔的石英音叉增強型光聲光譜氣體傳感裝置”。該氣體傳感裝置由激?光光路上的聚焦透鏡、腔軸線與光路同軸的管狀聲諧振腔和置于聲諧振腔側開口狹縫處的石英音叉，以及與激光源、石英音叉配接的電路組成。這種使用石英音叉的氣體傳感裝置雖有著抗干擾能力強的特點，卻因石英音叉的響應帶寬一般小于5Hz，而對激光源的調制頻率的精度要求很高，偏差應小于0.1Hz，當探測的環境條件——溫度、載氣成分等發生改變時，需要對激光源的調制頻率進行及時的校正，才能保證準確的信號輸出之不足。?

發明內容

本發明要解決的技術問題為克服現有技術中的不足之處，提供一種結構簡單，具有較寬響應帶寬的基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的光聲氣體傳感裝置。?

為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案為：基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的光聲氣體傳感裝置由光源和其光路上的管狀聲學諧振腔，以及置于管狀聲學諧振腔側開口處的光聲氣體傳感器，與光聲氣體傳感器配接的調制解調部件組成，特別是，?

所述管狀聲學諧振腔的管長為20～150mm、管內徑為3～10mm；?

所述管狀聲學諧振腔側的開口為與其相連通的小孔，其孔深為1.5～2.5mm、孔直徑為1.5～2.5mm；?

所述光聲氣體傳感器為聚偏氟乙烯壓電薄膜，所述聚偏氟乙烯壓電薄膜的膜平面與小孔端平面的間距為0.1～3mm，其輸出端經前置放大器與所述調制解調部件的鎖相放大器的輸入端電連接。?

作為基于聚偏氟乙烯壓電薄膜的光聲氣體傳感裝置的進一步改進：?

所述的光源與管狀聲學諧振腔之間的光路上置有其焦點位于管狀聲學諧振腔中點的聚焦透鏡。?

所述的光源為激光器，其輸出的波長為待測氣體的光吸收波長。?

所述的管狀聲學諧振腔的管軸線與光路的光軸同軸。?

所述的小孔位于管狀聲學諧振腔的中點，且與其相垂直連接。?

所述的聚偏氟乙烯壓電薄膜的膜長為20～30mm、膜寬為9～19mm、膜厚為0.1～0.3mm。?