[发明专利]一种石英增强光声光谱气体封装检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及痕量气体浓度检测领域，特别是一种石英增强光声光谱气体封装检测装置。

背景技术

光声光谱是基于光声效应的一种光谱技术，其测量精度高、体积小、功耗低、响应速度快，因此在舱室内痕量气体测量、生物医学农业领域及气体绝缘电器GIS的故障检测等痕量气体浓度检测方面具有广泛的应用价值。石英增强的光声光谱技术作为光声光谱技术的一种，为痕量体积气体浓度检测提供了新的手段。

石英增强的光声光谱技术的核心敏感部分是气体池，它利用石英音叉代替传统光声池和麦克风来检测光声信号的技术。其基本思路是用敏锐的声音共振传感器，来累积声音的能量，保留了传统光声光谱耐用、成本低的特点，同时消除了因声音的共振条件引起的气室限制，减小了体积，提高系统响应速度。

2011年专利CNIO2680402中提及一种石英音叉增强型光声谱气体池，提供了一种采用石英音叉的光声光谱气体池。它包括两个准直透镜、两个谐振管、石英音叉、V型槽固定座和基座，光从第二准直透镜发出，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准直透镜。该装置利用准直光束直接穿过谐振管和石英音叉叉股之间，但又不能与谐振管内壁和石英音叉两叉股接触，光路调节难度大，误差高，不利于获取高质量的检测信号，影响系统信噪比。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通过保证石英音叉两叉股缝隙中心、微谐振管中心、窗口中心在一条直线上来减小光路的调节误差并提高检测信号灵敏度的石英增强光声光谱气体封装检测装置。

本发明的技术解决方案是：一种石英增强光声光谱气体封装检测装置，包括气体池、气管阀门、窗口晶片置入腔、窗口晶片、斜口顶筒和窗口旋盖、进气口、出气口、微谐振管、共轴耦合封装装置、石英音叉、石英音叉封装件、石英音叉电极、电路板固定支座、放大电路板、电路板封装盖和气体池封装盖；

气体池为开有空腔的长方体结构，一对侧壁分别设有CaF₂窗口晶片置入腔，另一对侧壁中一个侧壁设有进气口、另一个侧壁设有出气口，进气口、出气口分别安装气管阀门，CaF₂窗口晶片置入腔腔口顶部开有豁口，内部开有斜面，CaF₂窗口晶片为圆环状并与CaF₂窗口晶片置入腔的斜面贴合，斜口顶筒为圆筒状，右侧表面为斜面，左侧表面设有凸台，斜口顶筒安装在CaF₂窗口晶片置入腔内，右侧面与CaF₂窗口晶片贴合，凸台与CaF₂窗口晶片置入腔的豁口契合，窗口旋盖为圆筒状，与CaF₂窗口晶片置入腔固定连接并挤压斜口顶筒、CaF₂窗口晶片，共轴耦合封装装置为U形结构，两端设有V形槽，微谐振管通过V形槽固定，石英音叉封装件为T柱形结构，大截面端与共轴耦合封装装置固定连接，小截面端与气体池封装盖固定连接，石英音叉包括两个叉股，两个叉股一端与石英音叉封装件一端相连，微谐振管置于两个叉股中间，且微谐振管中心、CaF₂窗口晶片置入腔中心在一条直线上，放大电路板通过电路板固定支座与气体池固定连接，石英音叉电极一端与石英叉封装件小截面端相连，另一端与放大电路板连接，气体池封装盖为中空的长方形盘，与气体池固定连接，电路板封装盖与气体池封装盖固定连接，并使用紫外固化胶密封；

进气口的气管阀门关闭，真空泵接入出气口、将气体池抽为真空状态，出气口的气管阀门开启并充入待测气体，外界光源发出的光经准直聚焦后依次通过CaF2窗口晶片的中心、微谐振管的中心聚焦在石英音叉的两个叉股中间，产生光声信号，石英音叉探测该光声信号后产生与待测气体浓度大小成正比的压电电流。

所述的石英音叉的共振频率范围为32KHz-70KHz，品质因子大于等于10000。

所述的石英音叉的共振频率范围为32.768KHz，品质因子为18000。

所述的CaF₂窗口晶片置入腔内部的斜面斜度为10°。

所述的气体池封装盖通过密封圈与气体池固定连接。

所述的外界光源发出的光为红外光束。

所述的微谐振管为不锈钢材料。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明气体封装检测装置包括气体池、共轴耦合封装装置和电路板封装，装置固定可靠，结构紧凑，占用空间小，不仅实现了封装装置的小型化，同时提高了装置密封性、光路最佳对准性和检测灵敏度；