[發明專利]一種用于氣體光聲光譜檢測的諧振式光聲池

在審

• 申請號: 201810184266.4
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108226050A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 孫建海;史志存;孫旭輝
• 申請（專利權）人: 蘇州感聞環境科技有限公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/3504
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 薛峰;康正德

本發明提供了一種用于氣體光聲光譜檢測的諧振式光聲池。諧振式光聲池包括：進氣口以及出氣口；兩組光聲池組件，其相互連通，且對稱地設置在諧振式光聲池的中心軸線的兩側，每組光聲池組件包括：緩沖室，設置在該組光聲池組件的端部，并與進氣口相連通；諧振腔，設置在緩沖室內，并與緩沖室相連通；第一窗口，設置在其中一組光聲池組件的端部的外側，以使入射光從第一窗口進入該組聲光池組件內；兩個聲音傳感器，用于分別檢測待測氣體在兩組光聲池組件的兩個諧振腔產生的聲音信號；差分放大器，其輸入端與兩個聲音傳感器的輸出端均相連，用于將兩個聲音傳感器檢測到的聲音信號相減。本發明的方案提高了氣體的檢測靈敏度，非常適合痕量氣體的檢測。

技術領域

本發明涉及氣體檢測技術領域，特別是涉及一種用于氣體光聲光譜檢測的諧振式光聲池。

背景技術

在有害氣體監測、汽車尾氣監測和智能電網故障監測等領域中，對高靈敏度檢測的在線檢測系統的需求越來越大，以實現對CO、CO₂、CH₄、C₂H₂、SO₂、H₂S和SF₆等氣體的高精度快速監測。光聲光譜是基于光聲效應的一種光譜技術，它是將光信號有效地轉換成聲信號，通過微音器對聲音信號進行檢測并計算得到氣體的最終濃度，非常適合痕量氣體測量以及在復雜背景(多組分多種類氣體)下的無干擾測量領域。

光聲池作為光聲信號的產生源，是光聲光譜測量系統的核心部分，其性能直接影響到光聲光譜測量系統的靈敏性與穩定性。氣體光聲池分為諧振式和非諧振式兩種。諧振式光聲池在噪音和相干信號方面有自己的優勢，高的調制頻率使得與頻率成反比的那部分電子噪音減小，此外，自身結構能使周圍的聲噪音達到最小。與非諧振式光聲池相比，其更適用于環境痕量氣體的檢測。

現有的諧振式光聲池形狀有圓柱形、球形及方形。根據駐波分布方式的不同，圓柱形光聲池的共振模式可分為徑向、角向、縱向。徑向共振模式的粘滯損耗最小，品質因素最高，但腔體體積和共振頻率最大。角向共振模式的品質因素相對較低，一般在100左右，其共振頻率比同半徑腔體的徑向共振模式也幾乎小一倍。縱向共振模式的品質因素最低，在10-80之間，腔體體積和共振頻率最小。這些諧振式光聲池均存在抗干擾能力差和信噪比低等缺點。

發明內容

本發明的一個目的是要解決現有技術中的諧振式光聲池存在抗干擾能力差和信噪比低等缺點的技術問題。

特別地，本發明提供了一種用于氣體光聲光譜檢測的諧振式光聲池，包括：

用于通入待測氣體的進氣口以及用于排出所述待測氣體的出氣口；

兩組光聲池組件，其相互連通，且對稱地設置在所述諧振式光聲池的中心軸線的兩側，每組光聲池組件包括：

緩沖室，設置在該組光聲池組件的端部，并與所述進氣口相連通；

諧振腔，設置在所述緩沖室內，并與所述緩沖室相連通；

第一窗口，設置在其中一組光聲池組件的端部的外側，以使入射光從所述第一窗口進入該組聲光池組件內，從而使得該組光聲池組件內的待測氣體發生膨脹并壓縮另一組光聲池組件內的待測氣體；

兩個聲音傳感器，用于分別檢測所述待測氣體在所述兩組光聲池組件的兩個所述諧振腔產生的聲音信號；

差分放大器，其輸入端與所述兩個聲音傳感器的輸出端均相連，用于將所述兩個聲音傳感器檢測到的聲音信號相減，以獲得雙倍的聲音信號。

可選地，所述緩沖室與所述諧振腔的橫截面積的比值為大于或等于5:1。

可選地，所述諧振腔的形狀為圓柱形、方形或球形。

可選地，所述諧振腔的形狀為圓柱形，所述諧振腔的長度與其截面直徑的比值為大于或等于10:1。