[发明专利]光声传感器

说明书

背景技术

光声传感器可以用来基于样本气体的分子在暴露于某些频率的辐射能时吸收能量并达到较高水平的分子振动和旋转、从而达到较高温度和压力的趋势来检测样本气体。当对辐射能进行调幅时，结果得到的可用于吸收的能量的波动产生相应的温度和压力波动。可以使用灵敏检测器来生产表示样本气体的压力波动的电输出，可以对该电输出进行分析以评估样本气体的性质或属性。

然而，高效且经济地控制光声传感器对样本气体的访问(access)是具有挑战性的任务。

附图说明

在附图的图中以示例的方式、而不是以限制的方式举例说明某些实施例，在附图中：

图1举例说明根据示例性实施例的光声传感器；

图2举例说明根据示例性实施例的控制如图1所示的光声传感器的气室的访问的控制信号；

图3举例说明根据示例性实施例的测量周期期间的如图1所示的光声传感器的电输出信号；以及

图4是举例说明根据示例性实施例的通过使用如图1所示的光声传感器来检测样本气体的方法的流程图。

具体实施方式

在以下说明中，出于解释的目的，阐述了许多特定细节以便提供示例性实施例的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员来说应显而易见的是可以在没有这些特定细节的情况下实施本申请的实施例。

本文所述的各种实施例利用光声气体检测来检测和识别气体样本。光声气体检测的一个原理是基于通过由目标气体选择性地吸收红外辐射来测量在气室或腔中产生的压力变化。测量包括采样周期和检测周期。在检测期间，可以用例如调制窄带红外辐射来照射气室中的样本气体。然后，在对入射的红外辐射进行调制时样本气体进行加热和冷却。此类温度波动又产生压力波，该压力波被例如扩音器的检测器检测。扩音器生成电输出信号，可以对该电输出信号进行处理和分析以识别存在于样本气体中的物质并评估在气室中收集的样本气体的性质或属性，例如浓度值。

本申请的各种实施例提供一种光声传感器，其包括：具有开口的气室或腔；光源，该光源产生辐射以辐射所述气室内的样本气体；检测器，该检测器检测所述气室内的样本气体以响应于由所述辐射引起的被辐射样本气体的压力波动所生成的声信号而生成输出电信号；以及主动阀，该主动阀具有与所述气室的所述开口对准的扬声器。

所述扬声器可以具有与喇叭类似或相同的结构。例如，该扬声器可以具有永磁体、音圈、和附着于该音圈的隔膜(或锥体)。该扬声器可以用来通过施加控制信号来控制气室的访问，所述控制信号可以是AC控制信号或DC控制信号。

在一个示例性实施例中，使用AC控制信号来控制气室的访问。在采样期间，AC控制信号向扬声器施加高电压以促使音圈反复地使隔膜脱离与气室的开口的接触，并因此反复地打开气室以从环境引入样本气体。而在检测期间，AC控制信号向扬声器施加低电压，因此，音圈的弹力促使隔膜不变地保持与气室的开口接触以密封气室。

在另一示例性实施例中，使用DC控制信号来控制对气室的访问。在采样期间，DC控制信号向扬声器施加偏压以使音圈缩回到扬声器中，促使所附着的隔膜与气室的开口脱离接触，并因此打开气室以从环境引入样本气体。而在检测期间，DC控制信号不向扬声器施加偏压，因此音圈的弹力推动隔膜与气室的开口接触以密封气室。

图1是根据示例性实施例的光声传感器100的方框图。光声传感器100可以包括：具有开口104的气室102；光源106，其产生辐射以辐射气室102内的样本气体；检测器108，其检测气室102内的样本气体；以及主动阀，其具有与气室102的开口104对准的扬声器110。检测器108可以是例如扩音器，其可以响应于由来自光源106的辐射引起的被辐射样本气体的压力波动所生成的声信号而生成电输出信号OS。在一个实施例中，提供扩音器108对样本气体的压力变化的访问，还提供密封以防止气体不通过开口104而进入气室102或从气室102逸出。

在某些实施例中，光声传感器100还可以包括滤光器116，其位于光源106与气室102之间以过滤进入气室的辐射。在某些实施例中，可以使用调制器118来调制在检测样本气体期间由光源106生成的辐射。在一个实施例中，滤光器116还提供密封以防止气体不通过开口104而进入气室102或从气室102逸出。

在某些实施例中，光声传感器100的扬声器110可以包括永磁体(图1未示出)、围绕所述永磁体的音圈112、和附着于音圈112的隔膜114。例如，扬声器110可以相对于气室102对准，使得在检测期间，隔膜114的中央部分可以与气室102的开口104的边缘接触，并因此可以密封气室102。