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原文传递一种石英光声光谱气体浓度检测装置及方法

专利名称：	一种石英光声光谱气体浓度检测装置及方法
摘要：	一种石英光声光谱气体浓度检测装置及方法，属于气体浓度检测领域。激光器控制模块、半导体激光器、准直聚焦透镜组、声波增强与探测模块、控制与数据采集系统及计算机沿光束传播方向设置；激光器控制模块设置半导体激光器的工作温度与电流；半导体激光器输出激光束；准直聚焦透镜组包含两个非球面透镜，声波增强与探测模块包括石英音叉和圆环，半导体激光器输出的激光束聚焦在石英音叉的叉指之间且位于圆环的中心，石英音叉产生压电信号并传输至数据采集系统，控制与数据采集系统对产生的压电信号进行解调与采集并与计算机连接，计算机通过上位机软件进行实时通讯。本发明改善了气体浓度检测灵敏度，增强了传感器系统信号，降低了系统噪声。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	哈尔滨工业大学
发明人：	马欲飞;佟瑶;何应;于欣;彭江波
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-03T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-05T00:00:00+0800
申请号：	CN201910267695.2
公开号：	CN109975214A
代理机构：	哈尔滨龙科专利代理有限公司
代理人：	高媛
分类号：	G01N21/17(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
主权项：	1.一种石英光声光谱气体浓度检测装置，其特征在于：包括激光器控制模块(1)、半导体激光器(2)、准直聚焦透镜组(3)、声波增强与探测模块(4)、控制与数据采集系统(5)以及计算机(6)，所述激光器控制模块(1)、半导体激光器(2)、准直聚焦透镜组(3)、声波增强与探测模块(4)、控制与数据采集系统(5)以及计算机(6)沿光束传播方向依次设置；所述激光器控制模块(1)用于设置半导体激光器(2)的工作温度与电流；所述半导体激光器(2)用于输出激光束；所述准直聚焦透镜组(3)包含两个非球面透镜，所述两个非球面透镜的焦距分别为20-40mm和30-60mm；所述声波增强与探测模块(4)包括石英音叉(41)和圆环(42)，所述石英音叉(41)置于圆环(42)内；所述半导体激光器(2)输出的激光束聚焦在石英音叉(41)的叉指之间且位于圆环(42)的中心，圆环(42)的声阻抗(Z2)大于100MPa·s·m-1，石英音叉(41)产生压电信号并将压电信号传输至数据采集系统(5)，所述控制与数据采集系统(5)对产生的压电信号进行解调与采集，并与计算机(6)连接，所述计算机(6)通过上位机软件进行实时通讯。 2.根据权利要求1所述的一种石英光声光谱气体浓度检测装置及方法，其特征在于：所述半导体激光器(2)为近红外连续可调谐单纵模输出的激光器。 3.根据权利要求1所述的一种石英光声光谱气体浓度检测装置及方法，其特征在于：所述石英音叉(41)的共振频率范围为20kHz-70kHz，品质因子大于等于10000。 4.根据权利要求1所述的一种石英光声光谱气体浓度检测装置及方法，其特征在于：所述圆环(42)的材质为铜。其声阻抗Z2＝420MPa·s·m-1。 5.一种根据权利要求1-4中任一权利要求所述的石英光声光谱气体浓度检测装置及方法，其特征在于：所述检测方法包括如下步骤：步骤一、开启半导体激光器(2)，使其输出激光束，通过激光器控制模块(1)对温度和电流的设定，调节半导体激光器(2)的输出波长，使其完整覆盖气体吸收线；步骤二、通过控制与数据采集系统(5)对石英音叉(41)的共振频率进行扫描，并用低频的锯齿波和高频的正弦波叠加后的信号共同调制上述激光束；步骤三、调制后的激光束经过准直聚焦透镜组(3)后从圆环(42)一端入射进圆环(42)中，激光束聚焦在圆环(42)的中心，激发气体分子产生声波；步骤四、产生的声波传递至圆环(42)的内圆周面并发生全反射，入射声波和反射声波叠加后产生驻波，并形成声波共振，增强产生的声波信号；步骤五、石英音叉(41)探测到指叉之间的声波信号后产生压电电流信号；步骤六、产生的压电电流信号传输至控制与数据采集系统(5)并通过计算机(6)的软件进行数据获取与相关计算，得出探测气体的浓度。
所属类别：	发明专利