[发明专利]一种非谐振式光声光谱系统

说明书

本发明公开了一种非谐振式光声光谱系统，属于气体检测技术领域。包括红外宽谱光源、反射罩、调制与滤光单元、光声池和微音器；所述光声池为放大型结构，其腔体截面直径沿着光线方向增大，且包括前窗和后窗；反射罩，用于将所述红外宽谱光源发出的光线反射汇聚于所述后窗的中心。将宽谱光源放置于左焦点时，可以有效将光线汇聚于光声池后窗中心，在保持较佳光束准直的条件下可优化汇聚效果使得光束整体空间分布合理，提升射入光声池的光束功率；放大型光声池的放大比例与反射罩的形状参数相匹配，最大程度地降低光束打到光声池内壁上的光线分布和比例，减小池壁吸收光引起的同频噪声，提高系统信噪比和检测限。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，更具体地，涉及一种非谐振式光声光谱系统。

背景技术

光声光谱是基于光声效应的一种光谱技术，在光声效应中，气体分子吸收特定波长的红外光而被激发到高能态，处于高能态的分子通过无辐射跃迁的形式将吸收的光能转变为热能后回到低能态，在对入射光进行频率调制，热能会呈现出与调制频率相同的周期性变化从而产生声波，通过微音器对声音信号进行检测并计算得到气体的最终浓度。

光声光谱气体检测系统按照工作模式分为谐振式和非谐振式两类：谐振式光声光谱系统具有较强的共振放大效果，光生声压信噪比高，但是需要可调激光光源，光声池结构精密，共振频率易漂移使得系统稳定性受限；非谐振式光声光谱系统采用的光源与光声池结构简单，造价低廉，适合大规模生产，但是受噪声影响较大。

非谐振光声光谱系统的噪声包括环境噪声、机械噪声、电学噪声、和光声池的池壁吸收产生的同频噪声。环境噪声可以认为是由外界环境背景产生的白噪声。机械噪声由斩波器等工作时机械振动产生，而电学噪声受微音器、软硬件信号处理模块等电路的影响。光声池的池壁吸收产生的同频噪声无法通过滤波锁相等软硬件信号处理方法进行抑制消除，对气体最低检测限影响大。而池壁吸收产生的同频噪声与光声光谱系统整体的光路设计直接相关，它的设计是否合理直接影响到光声光谱系统总体噪声的大小和信噪比的提升。然而，现有的非谐振式光声光谱系统都存在同频噪声较大的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种非谐振式光声光谱系统，旨在解决现有非谐振式光声光谱系统同频噪声较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种非谐振式光声光谱系统，包括红外宽谱光源、反射罩、光调制单元、滤光单元、光声池和微音器；

所述光声池为放大型结构，其腔体截面直径沿着光线方向增大，且包括前窗和后窗；

所述反射罩用于将所述红外宽谱光源发出的光线反射汇聚于所述后窗的中心。

进一步地，所述光声池的放大程度与所述反射罩的形状参数相匹配。

进一步地，所述反射罩为椭球型，所述光声池为椭球面。

进一步地，所述形状参数包括曲率半径和圆锥系数。

进一步地，所述红外宽带光源设置于所述反射罩的左焦点，所述后窗的中心位于所述反射罩的右焦点。

进一步地，所述光调制单元包括，所述滤光单元包括滤光轮。

进一步地，所述反射罩采用导热材料制作。

进一步地，所述光声池采用黄铜制作，其内表面抛光并镀金。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

1、本发明提供的汇聚型反射罩结构简单，易加工，内表面镀金处理，可提高反射率。反射罩依照系统具体结构设计参数，在保持较佳光束准直的条件下可优化汇聚效果。将宽谱光源放置于左焦点时，可以有效将光线汇聚于光声池后窗中心，使得光束整体空间分布合理，提升射入光声池的光束功率，降低接触到光声池内壁上的光束比例，减小因池壁吸收导致的同频噪声，提高系统信噪比和灵敏度。