[实用新型]一种双谐振增强光声光谱的传感单元

说明书

本实用新型提供一种双谐振增强光声光谱的传感单元，包括用于发生光声效应的光声池和共振式结构用于将声信号直接转换为模拟电信号的微音器，微音器设有采集端和输出端，其中微音器的采集端位于光声池的谐振点处，微音器的输出端作为本传感单元的输出端用于输出模拟电信号；所述微音器的谐振峰频率与所述光声池的谐振峰频率相同。本实用新型通过限定光声池的结构，以及光声池与微音器之间的位置关系，从而使得光声池的谐振峰频率与微音器的谐振峰频率相同，工作频率在该峰位置的光声信号会被两次放大，最终微音器输出高强度电信号，从而提高检测精度。

技术领域

本实用新型属于光声光谱传感领域，具体涉及一种双谐振增强光声光谱的传感单元。

背景技术

光声效应是一种“特殊”的光热效应，根据朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律，气体分子对特定波长的光具有强吸收特性并从基态跃迁至激发态。紧接着，处于高能态的气体分子通过非辐射消激发过程使吸收的光能全部或部分转变成气体分子的动能，引起气体温度变化，形成气压。如果入射光束经过周期性调制，则在气体内产生周期性变化的温度场，最终导致气压也随调制光信号产生周期性的变化，形成对应的光声信号。

由于光声信号强度较低，直接探测十分困难，因此需要先将光声信号进行放大。目前典型的光声信号增强方法有石英共振增强法和光声池共振增强法。石英共振增强法主要基于石英和音叉对特定频率声信号具有共振放大特性，该技术优点在于工作频率稳定，声音信号放大效果明显。由于要求激光需要从音叉缝隙间穿过，因此该方法对激光信号的空间形态要求极高，实用性不强。光声池共振增强法主要基于声学驻波放大原理，通过调控光声池的结构，从而实现对待测频率光声信号的放大。该方法优点在于结构简单，加工成本较低，缺点在于设备的体积和检测精度直接受限于光声池的设计与加工水平。尽管目前基于光声池结构的光声光谱技术已经取得了一些应用成果，但光声池放大后的光声信号依旧面临强度不够，信噪比低等特点，需要冗余的外加电路进行辅助，严重影响了气体检测装置的小型化。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种双谐振增强光声光谱的传感单元，利用微音器和光声池两种共振效应同步放大光声信号，提高检测精度。

本实用新型为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种双谐振增强光声光谱的传感单元，其特征在于：本传感单元包括用于发生光声效应的光声池和共振式结构用于将声信号直接转换为模拟电信号的微音器，微音器设有采集端和输出端，其中微音器的采集端位于光声池的谐振点处，微音器的输出端作为本传感单元的输出端用于输出模拟电信号；所述微音器的谐振峰频率与所述光声池的谐振峰频率相同。

按上述方案，本传感单元包括传感本体，传感本体内部设有空腔，空腔构成所述的光声池。

按上述方案，所述的光声池包括谐振管和与谐振管连通的缓冲腔。

按上述方案，所述的缓冲腔对称地设置在谐振管的两端，所述的微音器设置在谐振管的中间。

按上述方案，所述的微音器包括与光声池同谐振峰频率的振动膜。

按上述方案，所述的传感本体上设有与空腔连通的激光入射口，激光入射口集成有激光器。

按上述方案，所述的光声池为开放式光声池。

本实用新型的有益效果为：通过限定光声池的结构，以及光声池与微音器之间的位置关系，从而使得光声池的谐振峰频率与微音器的谐振峰频率相同，工作频率在该峰位置的光声信号会被两次放大，最终微音器输出高强度电信号，从而提高检测精度。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的结构示意图。

图2 为本实用新型一实施例的微音器结构示意图。

图3为本实用新型一实施例的原理图。

图中：1-传感本体，2-空腔，3-激光器，4-微音器。