[發明專利]一種基于開放式光聲諧振腔的氣體檢測系統

有效

• 申請號: 201911414577.6
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111157456B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 劉麗嫻;邵曉鵬;章學仕;宦惠庭;張樂;馬生存;程坤
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/03
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發明公開了一種基于開放式光聲諧振腔的氣體檢測系統，包括：光源模塊，用于產生入射光；開放式光聲諧振腔，連接所述光源模塊，其具有通氣窗口以使待測氣體進入腔體內；所述開放式光聲諧振腔用于根據所述入射光對腔內的所述待測氣體進行照射處理以產生光聲信號；信號處理模塊，連接所述開放式光聲諧振腔，用于將所述光聲信號轉換為電信號并對所述電信號進行處理以完成對所述待測氣體的檢測。本發明提供的基于開放式光聲諧振腔的氣體檢測系統使用開放式共振光聲池，無需光學透鏡作為窗口，避免了現有的封閉式光聲池由于光學窗口與激光光源相互作用而產生背景噪聲的問題，提高了氣體檢測的靈敏度和準確度。

技術領域

本發明屬于痕量氣體光學檢測技術領域，具體涉及一種基于開放式光聲諧振腔的氣體檢測系統。

背景技術

痕量氣體是大氣中濃度低于10的粒種，其在各種物理、化學、生物等作用下參與生物地球化學循環。大氣中的一些痕量污染物含量雖低卻會對環境造成巨大的影響。痕量氣體的無損在線檢測在大氣監測、工業安全、醫療診斷等領域都具有重要的研究價值和應用意義。如大氣中的SO₂會導致酸雨，CO₂、CH₄是溫室效應的元兇。而變壓器的絕緣系統在長期工作中會發生老化，產生C₂H₄、CO等痕量氣體，通過對這些痕量氣體的檢測可以有效地反映出絕緣系統的老化程度，從而預防變壓器故障。再比如通過檢測患者呼出氣體中的NH₄含量，可以幫助判斷患者是否患有肝功障礙、糖尿病、癌癥等疾病等。

傳統的痕量氣體檢測方法如色譜法，需要定時更換色譜柱，儀器和人力成本都較高，難以實現長時間的在線檢測。目前，光聲檢測技術因其靈敏度高、檢測速度快等優點被廣泛用于痕量氣體檢測。

然而現有的光聲檢測裝置采用封閉式光聲池的光學窗口，其會與激光光源相互作用，產生較大的背景噪聲，極大限制了檢測裝置的靈敏度和準確度。同時封閉式光聲池需要控制待測氣體的流動，其充氣和凈化步驟繁瑣并且需要增加額外裝置，成本高且不便于實際操作。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種基于開放式光聲諧振腔的氣體檢測系統。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種基于開放式光聲諧振腔的氣體檢測系統，包括：

光源模塊，用于產生入射光；

開放式光聲諧振腔，連接所述光源模塊，其具有通氣窗口以使待測氣體進入腔體內；所述開放式光聲諧振腔用于根據所述入射光對腔內的所述待測氣體進行照射處理以產生光聲信號；

信號處理模塊，連接所述開放式光聲諧振腔，用于將所述光聲信號轉換為電信號并對所述電信號進行處理以完成對所述待測氣體的檢測。

在本發明的一個實施例中，所述光源模塊包括可調諧激光光源和機械斬波器；其中，

所述可調諧激光光源用于產生激光；

所述機械斬波器連接所述可調諧激光光源和所述開放式光聲諧振腔，用于對所述激光進行調制以產生所述入射光。

在本發明的一個實施例中，所述開放式光聲諧振腔為T型光聲諧振腔。

在本發明的一個實施例中，所述開放式光聲諧振腔包括吸收腔和共振腔，其中，

所述吸收腔位于所述開放式光聲諧振腔的下部并連接所述機械斬波器，用于吸收所述入射光并產生光聲信號；其中，所述吸收腔兩端設有通氣窗口；

所述共振腔位于所述開放式光聲諧振腔的上部，且垂直置于所述吸收腔的正上方，與所述吸收腔形成T形結構；所述共振腔用于對所述光聲信號進行共振放大后輸出。

在本發明的一個實施例中，所述吸收腔和所述共振腔均為圓柱體結構。