[發明專利]Ф型石英音叉以及基于Ф型石英音叉的痕量氣體探測裝置

在審

• 申請號: 202110673752.4
• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113340847A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 董磊;李尚志;尚智金;武紅鵬
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39;G01N21/01
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 郭海燕

1.Ф型石英音叉，其特征在于：在兩個振臂(101)的內側設置有相互對對稱的半橢圓形過孔(102)。

2.根據權利要求1所述的Ф型石英音叉，其特征在于：在所述振臂(101)的頂端設置有錘狀結構(103)，以便于增加振臂(101)的頂端質量，使振臂(101)的質心上移，從而大幅的增加Ф型石英音叉(1)的品質因數，提高傳感器的探測靈敏度。

3.根據權利要求2所述的Ф型石英音叉，其特征在于：兩個所述振臂(101)之間的間隙為0.8-1mm，所述振臂(101)的厚度為0.2-0.3mm，總高度為9.4mm，中部及下部寬度為1.6mm，所述Ф型石英音叉(1)底端區域的寬度為5.2-5.4mm，高度為5.2mm，所述錘狀結構(103)的寬度為2mm，高度為2.4mm，所述半橢圓形過孔(102)的中心距振臂(101)頂端的距離為1-2mm。

4.基于權利要求1所述的Ф型石英音叉的痕量氣體探測裝置，其特征在于：包括光聲信號探測模塊、光源模塊和數據采集模塊；

所述光聲信號探測模塊包括Ф型石英音叉(1)和氣室(2)，在所述氣室(2)相對的兩個側壁上分別設置有光入射窗口和光出射窗口，在所述氣室(2)的另外兩個側壁上設置有氣體進出口，所述Ф型石英音叉(1)通過支架放置在氣室(2)的內腔中，所述光入射窗口、兩個半橢圓形過孔(102)圓心連線的中點以及光出射窗口均位于同一光路上，所述光入射窗口的軸線與光路之間的水平夾角為5°，所述光出射窗口的軸線與光路之間的水平夾角為-5°；

所述光源模塊包括激光光源(3)、第一函數發生器(4)、第二函數發生器(5)、加法器電路(6)、光源溫度控制器(7)和光源電流控制器(8)，所述第一函數發生器(4)的信號輸出端和加法器電路(6)的一號輸入端口相連，所述第二函數發生器(5)的信號輸出端與加法器電路(6)的二號輸入端口相連，所述第二函數發生器(5)的同步信號輸出端與鎖相放大器(10)的同步信號輸入端口相連，所述加法器電路(6)的輸出端口與光源電流控制器(8)的輸入端口連接，所述光源電流控制器(8)和光源溫度控制器(7)與激光光源(3)連接，用于控制激光光源(3)輸出特定波長的調制光束；

所述數據采集模塊包括跨阻抗前置放大器(9)、鎖相放大器(10)和計算機(11)，所述跨阻抗前置放大器(9)的兩個信號輸入端分別與Ф型石英音叉(1)的兩個電極輸出端相連接，且跨阻抗前置放大器(9)的其中一個信號輸入端與Ф型石英音叉(1)的電極輸出端相連接后接地，所述鎖相放大器(10)的信號輸入端與跨阻抗前置放大器(9)的信號輸出端相連接，所述鎖相放大器(10)的同步信號輸入端與所述第二函數發生器(5)的同步信號輸出端相連，所述鎖相放大器(10)的信號輸出端通過RS232串口通訊端口與計算機(11)的信號采集端口相連，以便于讀取并處理信號。

5.根據權利要求4所述的基于Ф型石英音叉的痕量氣體探測裝置，其特征在于：所述激光光源(3)為紅外激光光源或太赫茲激光光源。