[发明专利]基于非共振式光声池的红外光声光谱气体浓度检测装置

说明书

本发明公开了一种基于非共振式光声池的红外光声光谱气体浓度检测装置，包括：红外光源及其调制模块、非共振式光声池模块、光声信号采集及处理电路；所述红外光源及其调制模块用于输出特定频率和波长的入射光；所述非共振式光声池模块用于接收入射光照射待测气体；所述光声信号采集及处理电路用于采集非共振式光声池模块中含待测气体信息的电信号并对电信号进行处理，得到气体浓度数据。本发明采用非共振式光声池，针对传统非共振式光声池探测速度较慢和数据稳定性较差的问题，利用非共振式光声池的特点，采用快速换气的设计，短时间内反复探测光声示数曲线特定上升段的数据，大大提高了探测速度和数据的稳定性。

技术领域

本发明涉及气体检测技术领域，具体为一种基于非共振式光声池的红外光声光谱气体浓度检测装置。

背景技术

气体探测技术的历史非常久远，社会生活的许多方面都对气体检测有较高的需求。而随着科技的发展，人们对气体探测的灵敏度、准确性、探测速度等方面也提出了越来越高的要求，许多传统的气体探测方法越发显现出局限性。而近年来，光声光谱法被越来越多的科学家重视，也被越来越多的人进行研究。光声光谱法的原理基于吸收光谱的，但并不直接对光信号进行测量，而是利用气体的光声效应，在吸收的光能经历了光能到热能到声能的转化过程之后，通过对声能的检测，实现对于气体浓度的探测。该方法在保证检测精度的基础上，能够进行快速和实时的检测，因此具有很大的潜力。

在光声光谱的探测中，光声池是十分重要的一个组件，主要分为共振式和非共振式两类。其中，共振式光声池在对探测精度要求极高时有更好的表现，但复杂的结构和较大的体积导致其加工难度高，实用化进程缓慢。而非共振式光声池有较为简单的结构和较小的体积，在许多实际的探测场景中有更好的表现。

然而，采用非共振式光声池的光声光谱探测也有许多问题。非共振式光声池在探测时需要气体密闭在光声池中，因此获取稳定的数值需要一段时间，这些都影响到了探测的速度和稳定性。

发明内容

本发明提供一种基于非共振式光声池的红外光声光谱气体浓度检测装置。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于非共振式光声池的红外光声光谱气体浓度检测装置，包括：红外光源及其调制模块、非共振式光声池模块、光声信号采集及处理电路；所述红外光源及其调制模块用于输出特定频率和波长的入射光；所述非共振式光声池模块用于接收入射光照射待测气体；所述光声信号采集及处理电路用于采集非共振式光声池模块中含待测气体信息的电信号并对电信号进行处理，得到气体浓度数据。

优选地，所述红外光源及其调制模块包括宽带红外光源、斩光器以及滤光片，所述宽带红外光源用于发射宽带红外光，所述宽带红外光源发射端设置有椭球面反射镜，用于汇聚和准直红外光；所述斩光器用于对光源进行频率调制，所述滤光片用于通过设定波长范围的光线。

优选地，所述非共振式光声池模块包括非共振式光声池、温度计、温度控制器、进气装置以及废气处理系统，所述温度计设置在非共振式光声池，用于检测非共振式光声池内的温度，所述非共振式光声池两端设置有透光窗口，红外光源及其调制模块发出的光源从其中一个透光窗口入射，从另一个透光窗口出射，所述温度控制器用于控制非共振式光声池内的温度，非共振式光声池为密封装置，设有两个通气孔，用于进出待测气体，所述进气装置用于向非共振式光声池输入设定浓度的气体，所述废气处理系统用于抽取非共振式光声池内的废气。

优选地，所述进气口与进气装置中间采用电磁开关阀隔开，在抽取气体时打开，在探测气体浓度和排出气体时关闭。

优选地，所述出气口与废气处理系统中间采用电磁开关阀隔开，在排出气体时打开，在探测气体浓度和抽取气体时关闭。

优选地，所述光声信号采集及处理电路包括微音器、前置放大器、锁相放大器、计算机，所述微音器设置在非共振式光声池内，用于采集非共振式光声池中的声信号并转换为电信号，前置放大器、锁相放大器用于对电信号进行去噪放大，计算机用于记录去噪放大后的信号。