[發明專利]基于邁克爾遜干涉原理的全光學氣體探測方法及裝置

有效

• 申請號: 201310494334.4
• 申請日: 2013-10-21
• 公開（公告）號: CN103543125A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 董磊;武紅鵬;劉研研
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種基于邁克爾遜干涉原理的全光學氣體探測方法，包括基于音叉式石英晶振的氣體共振發生方法；其特征在于，還包括邁克爾遜全光學探測方法；所述邁克爾遜全光學探測方法采用以下步驟：引入一束探測光，將其分解為兩束，一束入射至音叉式石英晶振的任意一個振臂的外側面，發生反射后與另一束光發生邁克爾遜干涉，產生等厚干涉條紋；通過采用與等厚干涉條紋相配合的條紋狀光闌使一條或多條亮紋透射至一個固定接收面而將其余部分遮擋，采集一條或多條亮紋隨振臂振動而在該固定接收面所產生的光強變化量，根據該光強變化量得到待測氣體的濃度；所述一條或多條亮紋的光強變化量ΔI=I_大－I_小，式中I_大、I_小分別是采集到的一條或多條亮紋的光強最大值和最小值；所述采集到的一條或多條亮紋的光強變化量ΔI與音叉式石英晶振的振幅成線性關系，而音叉式石英晶振的振幅與待測氣體的濃度y成線性關系，可知一條或多條亮紋的光強變化量ΔI與待測氣體濃度y成線性關系；設亮紋的光強變化量ΔI與某一種待測氣體濃度y的關系式為y=kΔI+b，式中k，b為待定常數；至少取兩份濃度已知的該種待測氣體樣品，分別測出至少兩份待測氣體樣品吸收激光能量后產生聲波引起的探測光發生邁克爾遜干涉所產生的一條或多條亮紋的光強變化量，根據至少兩組[y,?ΔI]值擬合出k和b，即得到一條或多條亮紋的光強變化量ΔI與待測氣體濃度y的定量關系，據此就可以用于測定該種氣體的濃度；選擇不同氣體的樣品，擬合出每種氣體對應的k，b值，就可用于測定這些氣體的濃度。

2.如權利要求1所述的基于邁克爾遜干涉原理的全光學氣體探測方法，其特征在于，采集一個或多個亮紋對于一個固定接收面的光強變化量時，是采集的一個或多個亮紋的光強曲率變化最大處對于固定接收面的光強變化量。

3.一種基于邁克爾遜干涉原理的全光學氣體探測裝置，用于實現如權利要求2所述的方法，包括激發光發射裝置和計算機系統（12）；激發光發射裝置的出射光路上依次設有光束聚焦器（3）和氣體池，氣體池內設有音叉式石英晶振（4）；計算機系統（12）的一個信號輸出端與激發光發射裝置的控制端相連接；其特征在于還包括邁克爾遜全光學探測裝置；所述邁克爾遜全光學探測裝置包括探測光發射裝置、半反半透鏡片（7）、平面鏡（8）、貼在音叉式石英晶振（4）的振臂外側面的反射膜、光電探測器（9）、函數發生器（11）以及鎖相放大器（10）；所述光電探測器（9）的信號輸出端與鎖相放大器（10）的一個信號輸入端相連接；鎖相放大器（10）的另一個信號輸入端與函數發生器（11）的一個信號輸出端相連接；鎖相放大器（10）的信號輸出端與計算機系統（12）的信號輸入端相連接；計算機系統（12）的另一個信號輸出端與探測光發射裝置的控制端相連接；激發光發射裝置的調制端與函數發生器（11）的另一個信號輸出端相連接；所述半反半透鏡片（7）和貼在音叉式石英晶振（4）的振臂外側面的反射膜順次位于探測光發射裝置的出射光路上，平面鏡（8）位于半反半透鏡片（7）正面的反射光路上；所述光電探測器（9）位于半反半透鏡片（7）背面的反射光路上；探測光發射裝置、半反半透鏡片（7）、平面鏡（8）以及貼在音叉式石英晶振（4）的振臂外側面的反射膜組成一個產生等厚干涉條紋的邁克爾遜干涉儀；所述光電轉換裝置（9）與半反半透鏡片（7）之間依次設有一個凸透鏡（16）和與等厚干涉條紋相配合的條紋狀光闌（17）；所述條紋狀光闌（17）上開有一個或多個與干涉條紋相配合的條孔（18）；所述條紋狀光闌（17）的位置和條孔（18）的結構能使一條或多條亮紋的光強曲率變化最大處的光透過，而將其余部分的光及暗紋遮住。

4.如權利要求3所述的基于邁克爾遜干涉原理的全光學氣體探測裝置，其特征在于，半反半透鏡片（7）與音叉式石英晶振（4）的振臂外側面的反射膜之間順次設有小孔光闌（13）和匯聚透鏡（14）；平面鏡（8）與半反半透鏡片（7）之間設有光學衰減器（15）。

5.如權利要求3或4所述的基于邁克爾遜干涉原理的全光學氣體探測裝置，其特征在于，所述音叉式石英晶振（4）的振臂外側面所貼反射膜為薄錫紙。