[发明专利]对二氧化硫气体进行检测的装置及方法

权利要求书

1.一种对二氧化硫气体进行检测的装置，其特征在于，该装置由量子级联激光器(1)及其驱动电源(7)、ZnSe透镜(2)、气室(3)、双路麦克风电源(4)、锁相放大器(5)和计算机(6)构成；其中，驱动电源(7)激励量子级联激光器(1)发射波长为7.36微米的中红外光，该中红外光经ZnSe透镜(2)会聚为平行光并进入气室(3)，在气室中产生声信号，由气室中一对高灵敏度麦克风分别收集并传递给双路麦克风电源(4)，把声信号转化为电信号，产生的电信号输入锁相放大器(5)进行差分和信号提取，最后由计算机(6)记录和储存信号值，由信号值计算得到待测气体浓度。

2.根据权利要求1所述的对二氧化硫气体进行检测的装置，其特征在于，所述量子级联激光器(1)为波长为7.36微米的量子级联激光器，用于产生波长为7.36微米的中红外光。

3.根据权利要求1所述的对二氧化硫气体进行检测的装置，其特征在于，所述气室(3)由两个圆柱形平行的钢管组成，并且钢管两端打孔由细管连接，在细管的中间分别为进气口和出气口，两个圆柱气室的中间开洞，高灵敏度的麦克风的探头紧挨洞口，收集声信号。

4.根据权利要求3所述的对二氧化硫气体进行检测的装置，其特征在于，所述气室(3)中的两个圆柱形气室同时产生一对相位相反的声波并由两个独立的高灵敏度麦克风收集，在锁相放大器(5)处进行减法运算，既可以使环境噪声和气体流动噪声相互抵消又可以使收集到的信号增强一倍，提高测量的灵敏度。

5.根据权利要求1所述的对二氧化硫气体进行检测的装置，其特征在于，所述声信号由一对独立的高灵敏度麦克风收集。

6.根据权利要求1所述的对二氧化硫气体进行检测的装置，其特征在于，所述利用锁相放大器(5)用于对输入的电信号进行提取，并实现模数信号转化。

7.一种对二氧化硫气体进行检测的方法，应用于权利要求1所述的对二氧化硫气体进行检测的装置，其特征在于，该方法包括：

驱动电源(7)激励量子级联激光器(1)发射波长为7.36微米的中红外光，该中红外光经ZnSe透镜(2)会聚为平行光并进入气室(3)，在气室中产生声信号；

在气室中产生的声信号由气室中一对高灵敏度麦克风分别收集并传递给双路麦克风电源(4)，产生的电压信号输入锁相放大器(5)进行差分运算和信号提取，最后由计算机(6)记录和储存信号值；

计算机(6)对输入信号的平均值进行计算处理，得到气体浓度；根据公式：

U＝R_c×R_M×W₀×c×K

其中U是测量的电压值，R_c是气室的响应，R_M是麦克风的灵敏度，W₀是激光器的平均功率，c是待测气体浓度，K是待测气体的吸收系数；在实际测量之前用标准气体进行校准得到U₀＝α×c ₀，c₀为标准气体浓度，u₀为标准气体产生的电压值，则α＝R_c×R_M×W₀×K，之后测量中U与浓度c成正比例函数关系，比例系数为α。

8.根据权利要求7所述的对二氧化硫气体进行检测的方法，其特征在于，所述在气室中产生声信号，具体包括：

气室(3)中的二氧化硫吸收此波长的中红外光，并通过无辐射跃迁的形式把能量释放出来，使气体温度升高气压增大，脉冲的光产生周期性的气压变化，进而产生声信号。