[发明专利]石英音叉增强型光声谱气体池

说明书

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，特别涉及一种用于光声光谱气体检测系统的气体池。 

背景技术

光声光谱检测主要研究气体中低浓度(痕量)物质的检测与定量。光声光谱可以不受被测试样的形状及形态的限制，不需要特殊的前处理，可以保持在原始状态下进行测定，试样用量少。光声光谱气体检测装置主要由光源、光源控制系统、光声池、声敏元件、放大电路、信号处理系统等组成。 

作为光声池和声敏元件组合的气体池，是光声光谱气体检测的敏感元件，一般采用微音器(麦克风)作声敏检测元件，其气体池的尺寸大，谐振频率低，品质因数低。现有的采用音叉气体池一般是基于石英音叉增强型结构，比如美国发明专利US2005/0117155A1以及US2007/7245380B2中提及一种石英增强光声光谱装置，其提供一种采用石英音叉的光声光谱装置来探测气体物质的成分或浓度。它的构成为激光器以及光路上放置有聚焦透镜、管状谐振腔和石英音叉，管状谐振腔分置于石英音叉两边的两只长度为2.45mm、内直径为0.3～0.5mm的细管，两只细管的管轴心均与光路同轴，聚焦透镜的焦点位于石英音叉的音叉切口处。这种装置使用聚焦透镜会聚，因此其光路的光束直径较大，为使光完全进入谐振腔，需要透镜距离石英音叉远，这样不利于小型化且沿程损失大，谐振腔的长度只能定为声波的半波长。其存在的问题是灵敏度低、不易集成体积大。 

发明内容

本发明的技术解决问题是，解决现有技术的不足，提供一种高灵敏度、体积小、易集成的石英音叉增强型光声谱气体池。 

本发明的技术解决方案为：石英音叉增强型光声谱气体池，包括第一c-lens 准直透镜、第二c-lens准直透镜、第一谐振管、第二谐振管、石英音叉、双V型槽固定座和基座；双V型槽固定座、第一c-lens准直透镜和第二c-lens准直透镜固定安装在基座上；第一谐振管、第二谐振管和石英音叉固定在双V型槽固定座上；第一谐振管、第二谐振管对称安装在石英音叉两侧；石英音叉位于第一c-lens准直透镜和第二c-lens准直透镜的束腰位置；第一谐振管、第二谐振管的轴心与第一c-lens准直透镜和第二c-lens准直透镜的轴线同轴；从第二c-lens准直透镜发出的光路穿过第二谐振管、石英音叉叉指间隙和第一谐振管后到达第一c-lens准直透镜。 

在所述石英音叉上方装有pt温度传感器，用于测量石英音叉附近的环境温度。 

所述第一谐振管和第二谐振管在靠近c-lens准直透镜的一侧设置缓冲区。 

所述缓冲区的长度等于谐振管的长度，缓冲区的截面面积为谐振管截面积的50-100倍。 

所述第一c-lens准直透镜和第二c-lens准直透镜的准直工作距离为20-30mm，光斑直径为0.5～0.8mm，束腰直径100～220μm。 

所述石英音叉在常压下的品质因数大于10000，半高全峰宽3～5Hz。 

所述谐振管与石英音叉相邻的表面间距为30～50μm。 

所述第一谐振管和第二谐振管采用316不锈钢。 

本发明与现有技术相比的有益效果是： 

1.本发明的气体池中采用c-lens准直透镜，使光束能全部通过谐振管和石英音叉，避免了光束入射时的损耗，提高气体池的灵敏度。同时，c-lens准直透镜的采用使光源与气体池之间不需要准直聚焦，减小了体积。 

2.本发明根据微小光学无源对准方法，采用双V型槽对谐振管进行自对准，使气体池与光声光谱气体检测系统装配时易于集成。 

3.本发明在石英音叉上方装有pt温度传感器，用于测量石英音叉附近的环境温度，据此用于补偿温度引起的波长漂移，提高了测量的精度。 

4.本发明在谐振管在靠近c-lens准直透镜的一侧设置缓冲区，同时对缓冲区的长度、截面尺寸进行优选，有效抑制了光学噪声以及气体流动而引起的噪声。 

5.本发明中的石英音叉采用高品质因数、窄带宽的石英晶体，能提高光声谱气体池的灵敏度。 

6.本发明中的谐振管采用316不锈钢，抗腐蚀能力强、且热传导系数高、内表面电化学抛光，减小气体吸附效应。 

附图说明

图1为本发明气体池的结构示意图； 

图2为本发明的三维示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。