[發(fā)明專利]石英增強(qiáng)光聲光譜測聲器的輔助組裝裝置及組裝方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611170511.3
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106596411A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董磊;孫賢明;馮俊博;殷衍剛
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州億科斯通電氣有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N29/24
• 代理公司: 濟(jì)南舜源專利事務(wù)所有限公司37205
• 代理人: 徐健

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣體傳感頭的組裝工具及方法，具體為一種石英增強(qiáng)光聲光譜測聲器的輔助組裝裝置及組裝方法。

背景技術(shù)

光聲光譜技術(shù)是檢測微量氣體濃度的一種極有用的技術(shù)。早在1938年，蘇聯(lián)學(xué)者Veingerov及其合作者完成了一系列實驗，制造了第一臺以紅外輻射源作為光源的氣體光聲分析儀。但因缺乏繼續(xù)提高檢測信噪比的技術(shù)，限制了光聲方法的進(jìn)一步發(fā)展。一直到1986年Kerr等發(fā)表了第一篇采用激光作為光源的激光光聲譜論文后，重新燃起了人們對光聲方法的興趣，使光聲技術(shù)開始進(jìn)入了蓬勃發(fā)展的新階段。

尤其是最近幾年發(fā)展起來的石英增強(qiáng)光聲光譜技術(shù)，使用電子表中的音叉式石英晶振代替?zhèn)鹘y(tǒng)光聲光譜中的測聲器件麥克風(fēng)，來對氣體吸收調(diào)制光后產(chǎn)生的聲波進(jìn)行探測，使探測裝置體積大大縮小，取得了很好的效果。這種裝置核心探測部分主要由一只音叉式石英晶振和兩只細(xì)管(微型聲音諧振腔)組成，叫做石英增強(qiáng)光聲光譜測聲器。盡管單獨一只音叉式石英晶振就能夠完成對氣體信號的測量，但加入兩只細(xì)管后可以通過對聲波的進(jìn)一步搜集及能量積累，使信號大大增強(qiáng)。音叉式石英晶振具有兩個振臂，音叉式石英晶振在受到外部激勵后，振臂沿圖中箭頭所指方向往復(fù)振動，為描述方便將音叉式石英晶振的振臂上與振動方向垂直的面稱為內(nèi)外振動面；與振動方向平行的面稱作音叉式石英晶振的振臂側(cè)面；兩個振臂之間的間隙稱為振臂間隙g，振臂的寬度為w，長度為l，厚度為t。音叉式石英晶振下部有兩個電極，各連接一個管腳，一個管腳與信號地相連接，另一個管腳用于輸出因振動產(chǎn)生的電信號。兩只細(xì)管被分置于音叉式石英晶振兩邊，管子軸心均與光路同軸，組成微型聲音諧振腔，光束通過第一根細(xì)管后從兩振臂間通過然后通過第二根細(xì)管。被測氣體吸收了光能之后，由于氣體的碰撞退激發(fā)，釋放聲能，聲能在微型聲音諧振腔中積累，再傳遞給音叉式石英晶振，引起音叉式石英晶振兩振臂振動，緊接著音叉式石英晶振通過壓電效應(yīng)把機(jī)械振動能轉(zhuǎn)化為電信號，而這些電信號的強(qiáng)度就正比于被探測的氣體濃度。

目前，大多數(shù)石英增強(qiáng)光聲光譜測聲器使用的是商用標(biāo)準(zhǔn)音叉。共振頻率為32.768kHz，每個振臂的幾何尺寸為g＝0.3mm,l＝3.8mm,w＝0.6mm。使用商用標(biāo)準(zhǔn)音叉，結(jié)合近紅外光源，已經(jīng)制作出許多性能優(yōu)異的光聲光譜測聲器。然而，氣體分子位于中紅外區(qū)域的基頻振動帶要比位于近紅外區(qū)域的泛頻振動帶高1-2個數(shù)量級，使用中紅外光源，探測氣體分子的基頻振動帶能夠獲得更高的探測靈敏度。但是，隨著激光波長向中紅外推進(jìn)，光束的直徑變大，由于音叉振臂的間距g＝0.3mm是固定的，光束準(zhǔn)直變的更加困難。早期的解決方案是把微型聲音諧振腔的長度變短，以方便準(zhǔn)直，但損失了一部分探測靈敏度。實際上，影響中紅外光準(zhǔn)直的直接因素是音叉振臂的間距g，如果能把間距g做寬將非常方便中紅外光束準(zhǔn)直。

另一方面，改變了音叉式石英晶振振臂間距，將使整個音叉的尺寸變大。音叉與地面的垂直性，微型聲音諧振腔與音叉振臂側(cè)面的垂直性無法被嚴(yán)格保證，反而不利于水平的中紅外光束的通過。早期發(fā)展的近紅外石英增強(qiáng)光聲光譜測聲器的輔助組裝裝置和方法(201410520583.0)使用于組裝近紅外的商用標(biāo)準(zhǔn)音叉式石英晶振，如果使用在這里，它的夾具結(jié)構(gòu)容易夾斷較長的音叉式石英晶振振臂，已經(jīng)不能適用于新的音叉式石英晶振結(jié)構(gòu)，這樣我們需要發(fā)展新的組裝方法以適用于工業(yè)流水線組裝。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決目前石英增強(qiáng)光聲光譜測聲器不便于中紅外光學(xué)準(zhǔn)直，組裝效率低下的技術(shù)問題。