[发明专利]一种光声光谱光声池信号采集方法及其装置

说明书

本发明具体涉及一种光声光谱光声池信号采集方法及其装置。采集方法的特征在于采用一对驻极体电容振动拾音器作为传感器，加直流电压后，背景腔内的传感器作为基准，谐振腔内的传感器采集信号，通过电容耦合隔离直流电压，提取差模电压信号，经放大后输出。采集装置的特征在于光声池的谐振腔内前端设有激光器、后端设有第一驻极体电容振动拾音器，背景腔的后端设有第二驻极体电容振动拾音器，两个拾音器的均与差模信号采集模块信号连接，差模信号采集模块与放大输出模块连接。本发明具有结构合理、工作稳定可靠、灵敏度高、抗干扰能力强的优点。

技术领域

本发明属于光声光谱测量装置领域，具体涉及一种用于检测气体浓度的光声光谱光声池信号采集方法及其装置。

背景技术

光声光谱方法在微量气体探测方面有着高灵敏度、高选择性的优势，光声光谱的设备原理：入射光为强度经过调制的单色光，光强度调制可用切光器。光声池是一封闭容器，内放样品和传声器。传声器应很灵敏，对于气体样品，驻极体电容振动拾音器比较适宜，驻极体电容振动拾音器的基本原理就是用一个电容器作为声信号-电信号的转化器，这个电容的一个极板可以感应声压的变化，起到声信号摄入的作用，通常这一极板由金属化的高分子膜片构成，与另一极板构成一个极间距离可以改变的可变电容，在有声压作用时，膜片发生振动，振动强度、振动频率都由即时声压决定，电容容量也相应的随声信号而发生变化，假如此时已经给电容加上了一个恒定的电压，那么电容容量的改变将使得电容上极化的电荷量发生改变，从而在电容两端产生一个电信号，达到声-电信号转换。目前的光声光谱测量装置中仅使用1个驻极体电容振动拾音器，存在抗干燥能力差、无法提取微弱声音信号和振动信号的缺陷。

发明内容

本发明的目的为解决现有技术光声光谱测量装置存在抗干燥能力差、无法提取微弱声音信号和振动信号的缺陷，提供一种光声光谱光声池信号采集方法及其装置，其采用一对高灵敏度驻极体电容振动拾音器作为传感器，一个用来感应声音产生的振动，一个作为背景，再利用电容隔直通交的特性，将声音振动反应出变化的电信号提取出来，抗干扰能力强，可提取微弱声音信号和振动信号。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

即一种光声光谱光声池信号采集方法，其特征在于在光声池内设置谐振腔和背景腔，采用一对驻极体电容振动拾音器作为传感器，加直流电压后，背景腔内的传感器作为基准，谐振腔内的传感器采集信号，通过电容耦合隔离直流电压，提取差模电压信号，经放大后输出。

本发明经过不同浓度的标准气体标定后，确定输出电压和气体浓度的曲线，从而通过测量电压，计算出被测气体的浓度。气体浓度是通过标定确定的分段函数计算得出的。

一种光声光谱光声池信号采集装置，其特征在于包括光声池、拾音器、差模信号采集模块、信号放大输出模块，所述光声池包括谐振腔和背景腔两个腔室，谐振腔内前端设有激光器、后端设有第一驻极体电容振动拾音器，背景腔的后端设有第二驻极体电容振动拾音器，两个拾音器的均与差模信号采集模块信号连接，差模信号采集模块为耦合电路，差模信号采集模块与放大输出模块连接，信号放大输出模块包括串联的仪表放大电路和运算放大电路。

本发明的耦合电路、仪表放大电路、预算放大电路均为本领域技术人员熟知的现有技术。

本发明与现有技术的电化学传感器信号采集装置对比：

电化学传感器信号采集装置目标单一，即一种气体对应该一种传感器，因此，不同的气体不能使用同一个光声池，而且使用寿命有限、数值漂移大，需要定期更换和校准，

本发明可以通过切换对应不同气体的激光器，用同一个光声池可实现多种气体浓度的测试，减小体积和成本，而且一次安装和校准后，可进行长期使用。

本发明与现有技术使用单一固定频率拾音器的信号采集装置对比：