本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于非共振光聲池的氣體分析裝置。氣體分析裝置包括光學(xué)系統(tǒng)、聲學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)；其中，光學(xué)系統(tǒng)包括光源；聲學(xué)系統(tǒng)包括非共振光聲池，非共振光聲池包括相互連通的第一零件、第二零件、第三零件、入射光窗口和反射鏡窗口；第一零件具有主腔室和緩沖室，形成依次連通所述主腔室、所述第二零件、所述緩沖室和所述第三零件的通路；檢測(cè)系統(tǒng)包括貼片式壓力傳感器。本申請(qǐng)實(shí)施例中的非共振光聲池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，制造成本低，易于集成，所需氣體樣品少；在低頻工作時(shí)靈敏度較高，對(duì)光源的光束質(zhì)量要求較低，由于所需光程短，在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)響應(yīng)高度線性，系統(tǒng)的零點(diǎn)穩(wěn)定性好，兼容性好，準(zhǔn)確性高。準(zhǔn)確性高。準(zhǔn)確性高。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于非共振光聲池的氣體分析裝置
[0001]本申請(qǐng)涉及氣體檢測(cè)
，具體而言，本申請(qǐng)涉及一種基于非共振光聲池的氣體分析裝置。
技術(shù)介紹
[0002]光聲光譜技術(shù)是基于光聲效應(yīng)的光譜技術(shù)，其理論為當(dāng)強(qiáng)度成周期性調(diào)制的激光照射光聲腔內(nèi)待測(cè)氣體，氣體分子吸收光子能量后電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，然后通過(guò)無(wú)輻射躍遷方式回到基態(tài)，釋放的能量轉(zhuǎn)化為分子的動(dòng)能，待測(cè)氣體被周期性加熱，導(dǎo)致氣體熱脹冷縮形成聲波。聲信號(hào)被高靈敏度微音器接收，經(jīng)前置放大器，通過(guò)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)即可獲得待測(cè)氣體含量信息。與其他光譜測(cè)量技術(shù)相比，光聲光譜技術(shù)具有靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，探測(cè)器不受光波長(zhǎng)限制，易于操作等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)病理診斷、工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)等領(lǐng)域。由于光聲效應(yīng)產(chǎn)生的聲信號(hào)較弱，為了提高檢測(cè)的靈敏度和信噪比，通常需要選擇高靈敏度微音器和采用前置聲學(xué)放大器的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而受現(xiàn)有技術(shù)因素影響通過(guò)提高微音器等設(shè)備的靈敏度來(lái)進(jìn)一步提高光聲光譜測(cè)量精度有一定阻礙。基于光聲光譜技術(shù)的氣體吸收紅外輻射發(fā)生裝置作為光聲光譜檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)是影響系統(tǒng)檢測(cè)靈敏度的重要因素之一，因?yàn)樵撗b置在光聲光譜檢測(cè)系統(tǒng)中充當(dāng)氣室的作用，所以也稱為光聲池。
[0003]光聲池的合理設(shè)計(jì)可以顯著提高系統(tǒng)的靈敏度。光聲池可分為共振光聲池和非共振光聲池。在共振光聲池中，聲波在聲學(xué)腔內(nèi)形成了駐波，光聲信號(hào)得到了共振增強(qiáng)，有非常廣泛的應(yīng)用前景。但是背景噪聲通常與光聲信號(hào)一樣被等量放大，而且如果調(diào)制頻率稍微偏離共振頻率，放大過(guò)程中的損耗會(huì)導(dǎo)致光聲信號(hào)的強(qiáng)烈減弱。例如，品質(zhì)因子Q大于500的光聲池需要穩(wěn)定的溫度來(lái)維持共振，否則溫度引起的聲速變化會(huì)導(dǎo)致共振頻率的漂移。再者就是使用共振光聲池大大增加了光聲池的體積和表面積。在給定的流量下，較大的體積意味著氣體在光聲池中的停留時(shí)間較長(zhǎng)，從而增加了響應(yīng)時(shí)間。對(duì)于傾向于吸附在表面的分子，在實(shí)際應(yīng)用中，較大的表面積可能導(dǎo)致時(shí)間延遲過(guò)長(zhǎng)，并且表面密度與氣相濃度之間缺乏平衡可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量。另外由于調(diào)諧所需的頻率響應(yīng)較寬，在共振模式下工作的光聲裝置難以實(shí)現(xiàn)寬調(diào)諧光源的使用。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中氣體濃度的測(cè)量工藝采用共振光聲池，存在背景噪聲過(guò)大、光聲信號(hào)較弱、光聲池的體積和表面積過(guò)大、響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]本申請(qǐng)針對(duì)現(xiàn)有方式的缺點(diǎn)，提出一種基于非共振光聲池的氣體分析裝置，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中共振光聲池存在的背景噪聲過(guò)大、光聲信號(hào)較弱、光聲池的體積和表面積過(guò)大、響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種基于非共振光聲池的氣體分析裝置，用于分析待測(cè)氣體，包括光學(xué)系統(tǒng)、聲學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)；
其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括光源；所述聲學(xué)系統(tǒng)包括非共振光聲池，所述非共振光聲池包括相互連通的第一零件、第二零件、第三零件、入射光窗口和反射鏡窗口；所述第一零件具有主腔室和緩沖室，所述主腔室貫穿所述第一零件相對(duì)的兩個(gè)端面，所述入射光窗口和所述反射鏡窗口分別覆設(shè)于所述主腔室朝向所述光源的一端、背向所述光源的一端，所述主腔室在所述第一零件的第一側(cè)壁上具有第一進(jìn)氣口，所述緩沖室在所述第一零件的第二側(cè)壁上具有槽口，所述第一側(cè)壁與所述第二側(cè)壁相互垂直；所述第二零件和所述第三零件均具有中空的腔室，所述第二零件覆設(shè)于所述第一側(cè)壁且與所述第一進(jìn)氣口相離，所述第三零件覆設(shè)于所述緩沖室的槽口，所述第二零件分別與所述主腔室、所述緩沖室連通，所述第三零件分別與所述緩沖室、外界連通，形成依次連通所述主腔室、所述第二零件、所述緩沖室和所述第三零件的通路；所述檢測(cè)系統(tǒng)包括貼片式壓力傳感器，所述貼片式壓力傳感器位于所述第一零件與所述第二零件之間；所述控制系統(tǒng)分別與所述光學(xué)系統(tǒng)、所述聲學(xué)系統(tǒng)、所述檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)連接。
[0007]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述第一零件還具有第一出氣口、第一氣孔和第二氣孔，所述第一進(jìn)氣口和所述第一出氣口連通所述主腔室與外界，所述第一氣孔連通所述主腔室與所述第二零件，所述第二氣孔連通所述第二零件與所述緩沖室。
[0008]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述第一零件還具有間隔分布的第三氣孔、第四氣孔和第五氣孔，所述非共振光聲池還包括覆設(shè)于所述第三氣孔、所述第四氣孔、所述第五氣孔的第一電磁閥；所述第一電磁閥為二位三通電磁閥，所述第三氣孔連通所述主腔室，所述第四氣孔連通所述第一進(jìn)氣口，所述第五氣孔連通所述第一出氣口；當(dāng)所述第一電磁閥關(guān)閉，所述第四氣孔與所述第五氣孔連通，當(dāng)所述第一電磁閥打開，所述第三氣孔與所述第四氣孔連通。
[0009]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述第二零件具有第六氣孔和第七氣孔；所述第六氣孔與所述第一氣孔連通，所述第七氣孔與所述第二氣孔連通，所述貼片式壓力傳感器位于所述第一氣孔與所述第六氣孔之間。
[0010]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述第三零件具有第二進(jìn)氣口和第二出氣口，所述第二進(jìn)氣口和所述第二出氣口連通所述第三零件與外界。
[0011]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述第三零件還具有第八氣孔、第九氣孔和第十氣孔，所述非共振光聲池還包括覆設(shè)于所述第八氣孔、所述第九氣孔、所述第十氣孔的第二電磁閥；所述第二電磁閥為二位三通電磁閥，所述第八氣孔連通所述緩沖室，所述第九氣孔連通所述第二出氣口，所述第十氣孔連通所述第二進(jìn)氣口；當(dāng)所述第二電磁閥關(guān)閉，所述第九氣孔與所述第十氣孔連通，當(dāng)所述第二電磁閥打開，所述第八氣孔與所述第九氣孔連通。
[0012]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述非共振光聲池還包括真空泵和氣壓檢測(cè)傳感器；所述真空泵與所述第二出氣口連通，所述氣壓檢測(cè)傳感器與所述真空泵連接。
[0013]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述主腔室為通孔，所述緩沖室為盲孔，所述主腔室的
軸線與所述緩沖室的軸線互相垂直。
[0014]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述非共振光聲池還包括加熱片，所述加熱片圍繞所述第一零件、所述第二零件和所述第三零件設(shè)置。
[0015]在本申請(qǐng)的一些實(shí)施例中，所述非共振光聲池還包括橡膠密封圈，所述橡膠密封圈呈環(huán)形，位于所述入射光窗口與所述第一零件之間和/或者所述反射鏡窗口與所述第一零件之間。
[0016]本申請(qǐng)實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益技術(shù)效果包括：本申請(qǐng)實(shí)施例通過(guò)第一零件、第二零件和第三零件組成非共振光聲池，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，制造成本低，易于集成，所需氣體樣品少；非共振光聲池在低頻工作時(shí)靈敏度較高，對(duì)光源的光束質(zhì)量要求較低，由于所需光程短，非共振光聲池在寬動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)響應(yīng)高度線性，系統(tǒng)的零點(diǎn)穩(wěn)定性好，兼容性好；根據(jù)貼片式傳感器在非共振光聲池中的振動(dòng)位移，反演得到氣體濃度，準(zhǔn)確性高。
[0017]本申請(qǐng)附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本申請(qǐng)的實(shí)踐了解到。
附圖說(shuō)明
[0018]本申請(qǐng)上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例中一種氣體分析裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本申本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于非共振光聲池的氣體分析裝置，用于分析待測(cè)氣體，其特征在于，包括光學(xué)系統(tǒng)、聲學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)；其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括光源；所述聲學(xué)系統(tǒng)包括非共振光聲池，所述非共振光聲池包括相互連通的第一零件、第二零件、第三零件、入射光窗口和反射鏡窗口；所述第一零件具有主腔室和緩沖室，所述主腔室貫穿所述第一零件相對(duì)的兩個(gè)端面，所述入射光窗口和所述反射鏡窗口分別覆設(shè)于所述主腔室朝向所述光源的一端、背向所述光源的一端，所述主腔室在所述第一零件的第一側(cè)壁上具有第一進(jìn)氣口，所述緩沖室在所述第一零件的第二側(cè)壁上具有槽口，所述第一側(cè)壁與所述第二側(cè)壁相互垂直；所述第二零件和所述第三零件均具有中空的腔室，所述第二零件覆設(shè)于所述第一側(cè)壁且與所述第一進(jìn)氣口相離，所述第三零件覆設(shè)于所述緩沖室的槽口，所述第二零件分別與所述主腔室、所述緩沖室連通，所述第三零件分別與所述緩沖室、外界連通，形成依次連通所述主腔室、所述第二零件、所述緩沖室和所述第三零件的通路；所述檢測(cè)系統(tǒng)包括貼片式壓力傳感器，所述貼片式壓力傳感器位于所述第一零件與所述第二零件之間；所述控制系統(tǒng)分別與所述光學(xué)系統(tǒng)、所述聲學(xué)系統(tǒng)、所述檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體分析裝置，其特征在于，所述第一零件還具有第一出氣口、第一氣孔和第二氣孔，所述第一進(jìn)氣口和所述第一出氣口連通所述主腔室與外界，所述第一氣孔連通所述主腔室與所述第二零件，所述第二氣孔連通所述第二零件與所述緩沖室。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體分析裝置，其特征在于，所述第一零件還具有間隔分布的第三氣孔、第四氣孔和第五氣孔，所述非共振光聲池還包括覆設(shè)于所述第三氣孔、所述第四氣孔、所述第五氣孔的第一電磁閥；所述第一電磁閥為二位三通電磁閥，所述第三氣孔連通所述主腔室，所述第四氣孔連通所述第一進(jìn)氣口，所述第五氣孔連...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王如寶，劉政波，劉正鐸，江仁林，尚傳新，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢理通微芬科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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