[发明专利]一种吸收光程增强型双谐振光声光谱痕量气体检测系统

说明书

本发明公开了一种吸收光程增强型双谐振光声光谱痕量气体检测系统，包括光源模块、光声谐振腔、信号处理模块，光源模块用于产生入射光；光声谐振腔用于使待测痕量气体吸收入射光，以产生光声信号并放大光声信号，将放大的光声信号转化为电信号，其中，光声谐振腔包括石英音叉，用于与光声信号发生共振，通过压电效应产生电信号；信号处理模块用于对电信号进行放大、互相关处理、分析和匹配。本发明的检测系统，石英音叉和光声谐振腔一体化的结构，使得装置结构小巧，测量方便快速，克服了传统石英增强光声光谱装置安装效率低下的问题，比传统的微音器检测光声信号的频响范围更窄，增强了抗噪能力。

技术领域

本发明属于痕量气体光声光谱检测技术领域，具体涉及一种吸收光程增强型双谐振光声光谱痕量气体检测系统。

背景技术

生物医学领域的病变诊断是光声光谱痕量气体检测技术的主要应用方向之一。人类呼出气体的许多组分富含病变的标志信息，可以作为疾病的生物标记。例如呼出气体中的氨气与人体血液中的血尿素氮存在线性关系，可以通过检测呼出气的氨气浓度来判断肾脏是否发生病变。随着人类社会经济和生产活动的迅速发展，大量的废气被排入大气，严重危害了农业生产的发展和人民的生命安全。对变压器油中溶解气体的分析是监测变压器运行情况的重要途径。通过对变压器油中溶解的痕量气体进行检测，能够为分析变压器故障原因，保持电网供电安全提供有效手段。

光声光谱(PhotoAcoustic Spectroscopy，简称PAS)技术是一种基于光声效应的光谱检测技术，其具有检测过程快速准确、检测灵敏度高、选择性好和样品需求量少等优点。利用光声光谱技术对痕量气体浓度进行实时监测，对于促进生态农业的有效发展，人类生产生活的有序进行和保障人民的生命健康具有重要意义。然而传统的光声光谱检测技术是将光声效应产生的声信号在光声谐振腔中共振放大，用电容式或电子式的微音器探测光声信号，由于微音器的响应频率范围宽，极易受到环境杂散噪声的影响，使得传统的光声光谱技术在气体检测领域具有一定的局限性。而石英增强型光声光谱技术一般由石英音叉和微谐振管组成，通过将激光光束穿过充斥被测气体的石英音叉的两股叉之间，使得产生的光声信号在微振管间共振从而提高石英音叉接收到的信号强度。石英增强型光声光谱技术具有响应频率范围窄、抗噪能力强、品质因数和检测灵敏度高的优点。

但是，存在激光准直困难，组装效率低下的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种吸收光程增强型双谐振光声光谱痕量气体检测系统。

本发明的一个实施例提供了一种吸收光程增强型双谐振光声光谱痕量气体检测系统，该吸收光程增强型双谐振光声光谱痕量气体检测系统包括：

包括光源模块、光声谐振腔、信号处理模块，其中，

所述光源模块，用于产生入射光；

所述光声谐振腔，连接所述光源模块，用于使待测痕量气体吸收所述入射光，以产生光声信号并放大所述光声信号，将放大的光声信号转化为电信号，其中，所述光声谐振腔包括石英音叉，用于与所述放大的光声信号发生共振，通过压电效应产生电信号；

所述信号处理模块，连接所述石英音叉，用于对所述电信号进行放大、互相关、分析及匹配处理以完成对所述待测痕量气体的检测。

在本发明的一个实施例中，所述光声谐振腔为T型光声谐振腔。

在本发明的一个实施例中，所述光源模块包括激光器、激光控制器、函数发生器和光纤，其中，

所述激光器，用于产生激光；

所述函数发生器，用于输出方波电压信号；

所述激光控制器，连接所述激光器和所述函数发生器，用于根据所述方波电压信号控制激光的波长并对激光进行周期性的强度调制以产生所述入射光；