[发明专利]基于金刚石微悬臂梁的气体检测系统和方法

说明书

本公开的实施例公开了基于金刚石微悬臂梁的气体检测系统和方法，该检测系统包括：光源模块、调制模块、会聚模块、光声吸收池模块、金刚石微悬臂梁声学传感器模块、微弱信号放大模块、处理模块以及气体采样和回收模块，其中：上述调制模块和上述会聚模块设置于上述光源模块与上述光声吸收池模块之间，其中，上述光声吸收池模块与上述气体采样和回收模块相连，上述金刚石微悬臂梁声学传感器模块装在上述光声吸收池模块上，上述微弱信号放大模块与上述处理模块相连。从而有效的提高了检测的灵敏度、抗电磁干扰能力、稳定性、可靠性。

技术领域

本公开的实施例涉及微量气体检测技术领域，具体涉及基于金刚石微悬臂梁的气体检测系统和方法。

背景技术

气体检测是当前比较热门的技术，已经在工业生产、医学诊断、环境监测、国防、智能电网等领域得到了广泛应用。目前常用的气体检测技术主要分为非光学检测技术和光学检测技术。非光学检测技术主要有气体密度检测技术、电子捕获检测技术、真空负离子捕获技术、紫外电离技术、超声波技术、负电晕放电技术、气敏传感器检测技术、质谱法等。光学检测技术主要有气相色谱法、红外激光成像技术、红外吸收光谱法等。

光声光谱技术是一种间接吸收光谱技术，基于气体光声效应。气体吸收特定波长的光后，被激发至高能态，高能态气体分子通过无辐射跃迁至低能态释放能量，经过调制的光照射后的气体，释放的热量也是周期性的，从而引起气体周期性的膨胀，产生声波。将光声光谱法应用于气体检测领域，有其独特优势：长期稳定性好；检测灵敏度高；不消耗气样，如载气、标气；检测时间短，便于现场检测；适于多种气体成分的检测。传统的光声光谱检测中，通常是用微音器或石英音叉将声波信号转换为电信号的，但微音器的检测灵敏度不太理想，石英音叉抗腐蚀能力不好，无法适用于复杂的工业环境。

发明内容

本公开的一些实施例提出了基于金刚石微悬臂梁的气体检测系统和方法。

第一方面，本公开的一些实施例提供了一种基于金刚石微悬臂梁的气体检测系统，该检测系统包括：光源模块、调制模块、会聚模块、光声吸收池模块、金刚石微悬臂梁声学传感器模块、微弱信号放大模块、处理模块以及气体采样和回收模块，其中：上述调制模块和上述会聚模块设置于上述光源模块与上述光声吸收池模块之间，其中，上述光声吸收池模块与上述气体采样和回收模块相连，上述金刚石微悬臂梁声学传感器模块装在上述光声吸收池模块上，上述微弱信号放大模块与上述处理模块相连；上述光源模块用于发射激光；上述调制模块用于调制上述激光；上述会聚模块用于将所调制的激光进行准直会聚；上述气体采样模块用于气体的采样；上述光声吸收池模块用于为所采样的气体与准直会聚后的激光发生光声反应提供场所，其中，上述光声反应产生声波信号；上述金刚石微悬臂梁声学传感器模块用于确定上述采样的气体与上述准直会聚后的激光是否发生上述光声反应，响应于上述金刚石微悬臂梁声学传感器模块确定上述采样的气体与上述准直会聚后的激光发生上述光声反应，则上述金刚石微悬臂梁声学传感器模块以及将探测到的声波信号转换为电信号以及传送给上述微弱信号放大模块；上述微弱信号放大模块用于将电信号进行放大；上述处理模块用于对上述放大的电信号进行分析跟处理；上述回收模块用于回收与上述准直会聚后的激光未发生上述光声反应的上述采样的气体。

在一些实施例中，上述会聚模块包括第一透镜和第二透镜，其中，上述第一透镜和第二透镜的透镜材料选用CaF₂，上述第一透镜的焦距是30mm，上述第二透镜的焦距是20mm。

在一些实施例中，上述光源模块包括光源，其中，上述光源包括以下几种激光器之一：红外量子级联激光器、近红外DFB半导体激光器和带间级联激光器。

在一些实施例中，上述调制模块包括光调制器，上述调制模块采用电流驱动调制，并结合波长调制技术，利用相敏检测技术方法来提高光声光谱信号的灵敏度。