[發明專利]一種諧振頻率可調的光聲池及調節方法

有效

• 申請號: 202010004566.7
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111380805B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 司馬朝坦;汪超林;肖揚帆;孟若然;繆思佳;楊駿睿;聶碩;徐雨謙;魯平;劉德明
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N21/03
• 分類號: G01N21/03;G01N21/17
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種諧振頻率可調的光聲池及調節方法，屬于氣體檢測技術領域。本發明提供的光聲池置于恒溫箱內部，包括第一緩沖室、第二緩沖室、諧振腔、第一光窗、第二光窗、第一活動結構、第二活動結構；所述第一光窗和所述第二光窗分別位于所述第一緩沖室和第二緩沖室的外側。本發明利用壓電陶瓷將原本固定的緩沖室、諧振腔改進成可調節結構參數的活動結構，提高了諧振頻率的調節能力以及整個光聲池處于諧振式工作狀態的可靠性和靈活性，而且，將光聲池置于恒溫箱內，既可消除外界溫度及壓強變化帶來的干擾，避免了外界干擾帶來諧振式工作過程中諧振頻率的不穩定，又能通過改變溫度來調節光聲池的諧振頻率，提高檢測系統的工作穩定性和信噪比。

技術領域

本發明屬于氣體檢測技術領域，更具體地，涉及一種解決諧振式光聲池共振頻率漂移的裝置和方法。

背景技術

光聲光譜是基于光聲效應的一種光譜技術。在光聲效應中，氣體分子吸收特定波長的紅外光而被激發到高能態，處于高能態的分子通過無輻射躍遷的形式將吸收的光能轉變為熱能后回到低能態，再對入射光進行頻率調制，熱能會呈現出與調制頻率相同的周期性變化從而產生聲波,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。

影響光聲光譜氣體探測系統靈敏度的核心部件主要包括光源、光聲池以及微音器三部分，激光光源的線寬、微音器的等效噪聲功率等都會影響到整個光聲系統的測量靈敏度。其中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，它的設計是否合理直接影響到探測聲壓信號的靈敏度大小。諧振式光聲池具有響應速度快、有較強的共振放大效果、氣體檢測靈敏度高等諸多優點，但是其結構相對比較復雜，且由于溫度、壓強等方面的原因容易出現諧振頻率的漂移。只有當激光光源的調制頻率與光聲池的諧振頻率對準時，才可獲得較大的光聲信號，一旦諧振頻率發生偏移，微音器獲得的信噪比就會急劇衰減，尤其對于品質因數較大的光聲池而言，光聲信號的振幅受諧振頻率漂移的影響很大。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種解決諧振式光聲池共振頻率漂移的裝置和方法，可將工作頻率調整至標準諧振頻率，旨在解決由于光聲池諧振頻率漂移導致氣體濃度檢測能力下降的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種諧振頻率可調的光聲池，其置于恒溫箱內部，包括第一緩沖室、第二緩沖室、諧振腔、第一光窗、第二光窗、第一活動結構、第二活動結構；

所述第一光窗和所述第二光窗分別位于所述第一緩沖室和第二緩沖室的外側；

所述第一光窗的外側黏附有第一壓電陶瓷，可在所述第一壓電陶瓷的作用下發生位移；所述第二光窗的外側黏附有第二壓電陶瓷，可在所述第二壓電陶瓷的作用下發生位移；

所述第一活動結構和第二活動結構設置在所述諧振腔的兩側，其材料均與諧振腔相同；

所述第一活動結構和所述諧振腔之間設置有第三壓電陶瓷，所述第三壓電陶瓷靠近諧振腔的一側固定，另一側黏附于所述第一活動結構上，可帶動第一活動結構移動；所述第二活動結構和所述諧振腔之間設置有第四壓電陶瓷，所述第四壓電陶瓷靠近諧振腔的一側固定，另一側黏附于所述第二活動結構上，可帶動第二活動結構移動。

進一步地，所述恒溫箱內部還設置有溫度傳感器，用于探測所述光聲池的溫度。

進一步地，所述諧振腔為一階圓柱形共振式。

進一步地，還包括設置在所述諧振腔內的微音器，用于探測諧振腔產生的聲音信號。

進一步地，所述第一緩沖室與第二緩沖室的長度相等，與所述諧振腔的長度之比均為1：2。

本發明還提供了一種基于上述光聲池的諧振頻率調節方法，包括

測量光聲池的實時諧振頻率，將其與標準諧振頻率進行比較：若相等，則直接開始后續檢測工作；若存在差值，則改變溫度或腔長；