[发明专利]一种膜片式微型光声池及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型光声池，特别涉及一种膜片式微型光声池。

背景技术

随着现代工业化生产和人们生活方式的改变，人们的生存环境中存在着各种各样有毒有害气体，空气质量的变化对人类健康及公共安全带来了巨大的隐患。世界各国都在发展各种气体检测技术，以满足大气环境监测、温室效应变化、空气污染状况、医学健康诊断、工业生产安全，甚至国防军事、国家安全以及反恐等领域对及时、准确、高效的气体检测技术的需求。

基于物质光学性质发展起来的光谱分析技术由于测量范围宽、灵敏度高、寿命长、响应快等优点而被重点关注。在众多光谱分析技术中，光声光谱气体检测方法作为一种理想的无背景噪声光谱检测技术，具有良好的选择性，不受反射光、散射光和透射背景光的影响，检测灵敏度极限高等优点。光声光谱气体检测方法的基本原理是利用待测气体分子受外界光源激发，吸收特定波长光子的能量，气体分子跃迁到激发态，再通过热释放吸收的能量，从而引起气体温度变化产生了压强变化，当激发光源以一定频率的信号调制，气体会产生与调制信号频率相同的声频信号，利用传感器检测出该光声信号，可获得待测气体的信息。

现有光声光谱检测系统的光声池体积较大，空间光路结构复杂，光路调整难度大，且光声腔不可避免使用光学窗口，会产生因窗口吸收及散射引起的噪声；此外，现有大多光声系统多采用电容式麦克风或音叉结构来实现对光声信号的拾取，光声信号需要经过麦克风或音叉转换成电信号再经过放大处理，这一光声信号拾取过程必然引入电噪声，影响检测精度，并且由于光声腔内存在电信号，因而限制了其在易燃、易爆环境下的气体检测应用。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种全光结构的膜片式微型光声池及其应用，以其实现的光声光谱检测系统体积微型化、光路结构简单，无光学窗口可避免引入额外的噪声，并且通过高灵敏度振动感应薄膜对光声信号直接拾取，检测灵敏度高、光声光谱检测探头无电信号，可应用于易燃、易爆环境下的气体浓度检测。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种膜片式微型光声池，其结构特点是：设置一筒体，在所述筒体的一端支撑有振动感应薄膜，在筒体的另一端插入光纤，形成一筒状光声腔；在所述筒体的侧壁上设置有气流通孔；通过光纤同时传输检测光和由声频信号调制的激发光。

本发明一种膜片式微型光声池，其结构特点也在于：所述气流通孔在所述筒体侧壁上是以进气孔和出气孔成对设置。

所述振动感应薄膜为平面膜或具有中心反射平面的圆环状波纹膜，所述振动感应薄膜的厚度为100-500nm。

所述检测光为近红外光，所述振动感应薄膜对于近红外光具有反射特性。

所述光纤在位于光声腔中的端面为倾角大于8°的斜面。

所述膜片式微型光声池进行气体浓度检测的方法如下：

待测气体通过气流通孔进入光声腔内，通过光纤向光声腔内导入由声频信号调制的具有设定波长的激发光；同时，利用由光纤传输的检测光检测获得所述振动感应薄膜的光声振动信号，依据所述光声振动信号的强度得出被测气体浓度。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明采用振动感应薄膜直接拾取光声信号，其灵敏度高，避免了因麦克风或音叉的引入产生的噪声，同时可以实现微型化的光声腔；

2、本发明中光信号由光纤导入、导出，无需光学窗口，光路结构简单可靠，避免了引入额外的噪声；

3、本发明实现的光声池为全光结构，避免了电信号的存在，因而检测系统能应用于易燃、易爆等特种环境中的气体检测。

附图说明

图1为本发明外部形状示意图；

图2为本发明内部结构示意图；

图3a为本发明中环形波纹状振动感应薄膜立面示意图；

图3b为本发明中环形波纹状振动感应薄膜平面示意图；

图中标号：1振动感应薄膜；2柱状插芯端面；3柱状插芯；4光纤；5气流通孔；6筒体；7中心反射平面；8环形凹槽；9环形凸脊。

具体实施方式

本实施例中膜片式微型光声池的结构形式如图1和图2所示：

设置一筒体6，在筒体6的一端支撑有振动感应薄膜1，在筒体6的另一端插入光纤4，形成一筒状光声腔；在筒体6的侧壁上设置有气流通孔5；通过光纤4同时传输检测光和由声频信号调制的激发光。

筒体6可以是圆筒，被测气体在圆筒光声腔内产生的光声信号容易引起振动感应薄膜1产生振动，从而提高检测灵敏度。