基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及光声光谱测量技术，具体为一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法及装置。解决了目前光声光谱技术测定气体浓度时容易受外界电磁环境干扰的技术问题。一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法，包括基于音叉式石英晶振的气体共振发生方法；还包括迈克尔逊全光学探测方法：引入一束探测光，将其分解为两束，一束入射至音叉式石英晶振的任意一个振臂的外侧面，发生反射后与另一束光发生迈克尔逊干涉，产生等厚干涉条纹；采集一条或多条亮纹随振臂振动而在该固定接收面所产生的光强变化量，根据该光强变化量得到待测气体的浓度。本发明测量精度非常高，有效避免了电磁环境的干扰，充分发挥了迈克尔逊干涉原理的优点。
【专利说明】基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及光声光谱测量技术，具体为一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法及装置。
【背景技术】
[0002]随着科学技术以及经济社会的不断发展，环境问题也日益凸显，无论出于工业生产监控还是人们健康生活，对气体质量的监测正变得越来越重要，相关研究人员也一直为此进行着不懈的努力。激光光声光谱技术便是发展较为成熟的一种气体探测技术，它具有探测灵敏度高、动态响应范围大以及响应速度快等优点，在空气质量监测，石油化工、航天医疗以及国防科研等领域都有着广泛应用。
[0003]传统的激光光声光谱技术采用麦克风作为光声信号探测器件，很容易受到外界环境噪声的影响且采集到的信号并不便于远距离传输分析。随着相关技术的发展，Kosterev等人创造性的用石英音叉代替麦克风作为光声信号探测器并首次提出石英增强光声光谱技术，并于2005年6月2日在美国申请获得发明专利(专利说明书为USZOOS /0117155AI )。利用该专利所述仪器探测时，由函数发生器发出频率为石英音叉共振频率A的一半f/2的正弦交流信号通过激光控制器对激光频率进行调制，与此同时，激光控制器提供一定大小的直流电流使激光器输出光波长恰好位于待测气体的特定吸收线波长处。位于音叉式石英晶振两振臂间隙附近的待测气体样品吸收受调制的激光后将产生频率与音叉式石英晶振的共振频率A相同的声波。由于声波的频率与音叉式石英晶振的共振频率相同，因此二者会产生共振。音叉的振动在其自身压电效应的特性下会转化为压电电流，该微弱电流经前置放大器放大后传输至锁相放大器进行解调最终获得包含待测气体信息的吸收谱信号。
[0004]该方法目前已经得到广泛的应用，但仍然有一些应用限制。首先，前置放大器必须安置在距离音叉式石英晶振非常近的地方，以避免微弱的压电信号淹没在噪声之中；其次，为了把前置放大器与外界电磁场隔离，接地良好的电磁屏蔽罩必须被使用，否则很容易串入电磁噪声。这样，当测量位置处空间很小时，无法安放前置放大器，或者当测量处电磁场干扰很大，这时信噪比就会被恶化，从而无法完成测量。因此迫切的需要一种能够在强电磁干扰下进行气体浓度测量的且测量精度高的方法及装置。
[0005]传统的光声光谱技术中，采用激光器、光束聚焦器、气体池、音叉式石英晶振等组成的用于激发待测气体产生声波的方法称为基于音叉式石英晶振的气体共振发生方法；音叉式石英晶振包括一对通过下部固定在一起、间隔一定且竖直设置的振臂，两振臂相对的一面称作内侧面，与内侧面相对的一面称为外侧面。
【发明内容】
[0006]本发明为解决目前光声光谱技术测定气体浓度时容易受外界电磁环境干扰导致测量精度不高的技术问题，提供一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法及装置。
[0007]本发明所述基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法是采用以下技术方案实现的:一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法，包括基于音叉式石英晶振的气体共振发生方法；还包括迈克尔逊全光学探测方法；所述迈克尔逊全光学探测方法采用以下步骤:引入一束探测光，将其分解为两束，一束入射至音叉式石英晶振的任意一个振臂的外侧面，发生反射后与另一束光发生迈克尔逊干涉，产生等厚干涉条纹；通过采用与等厚干涉条纹相配合的条纹状光阑使一条或多条亮纹透射至一个固定接收面而将其余部分遮挡，采集一条或多条亮纹随振臂振动而在该固定接收面所产生的光强变化量，根据该光强变化量得到待测气体的浓度；所述一条或多条亮纹的光强变化量八1=1±— I+，式中1±、I+分别是采集到的一条或多条亮纹的光强最大值和最小值；所述采集到的一条或多条亮纹的光强变化量△ I与音叉式石英晶振的振幅成线性关系，而音叉式石英晶振的振幅与待测气体的浓度y成线性关系，可知一条或多条亮纹的光强变化量△ I与待测气体浓度y成线性关系；设亮纹的光强变化量Λ I与某一种待测气体浓度y的关系式为y=kA I+b，式中k，b为待定常数；至少取两份浓度已知的该种待测气体样品，分别测出至少两份待测气体样品吸收激光能量后产生声波引起的探测光发生迈克尔逊干涉所产生的一条或多条亮纹的光强变化量，根据至少两组[y，Δ I]值拟合出k和b，即得到一条或多条亮纹的光强变化量Δ I与待测气体浓度y的定量关系，据此就可以用于测定该种气体的浓度；选择不同气体的样品，拟合出每种气体对应的k，b值，就可用于测定这些气体的浓度。
[0008]传统的石英增强光声光谱技术是靠压电效应把音叉的两振臂的振动转化为电流，通过前置放大器放大后进行检测。本发明中，区别于传统的石英增强光声光谱技术，采用了一种迈克尔逊全光学探测方法，该方法引入了一束探测光，将该探测光分为两束，将一束光打在音叉式石英晶振的一个振臂的外侧面的反射膜上，反射膜反射后的光与另一束光发生迈克尔逊干涉形成若干条明暗交替的等厚干涉条纹。将一束光分解为两束并使这两束光产生迈克尔逊干涉的方法是本领域公知常识，是本领域技术人员所容易实现的。通过采用与等厚干涉条纹相匹配的条纹状光阑使一条或多条亮纹透过，而将其余部分的光遮住，采集透过条纹状光阑后的一条或多条亮纹随振臂振动过程中对于一个固定接收面所产生的光强变化量；由于该光强变化量与振臂的振动幅度成线性关系，而振臂振幅与待测气体的浓度呈正比关系，因此光强变化量就与待测气体的浓度呈正比关系，这样根据光强变化量就可以得出待测气体的浓度。本领域技术人员根据使用的探测光的频率以及实现迈克尔逊干涉所用部件的位置关系就可以很容易的计算出条纹状光阑上所开条纹孔的大小、位置以及光阑的放置位置；振臂不动时，光阑正好使等厚干涉条纹的一条或几条亮纹透过，而将其余部分挡住，这样当振臂振动时，条纹就会垂直于条纹排列方向随着振臂振动而来回移动，透过光阑的亮纹的一部分就会被遮住，透过光阑的光强就会发生显著变化。该方法的优点是不再需要传统装置中的高灵敏前置放大器，且能够被用于测量空间狭小或受限的情况下，也可以用来检测在强电磁干扰下的光声信号；而且由于采用了迈克尔逊干涉的原理，该方法能够将音叉式石英晶振振臂的振动幅度通过条纹的移动以十分精确的形式表现出来，这大大提高了气体浓度的测量精度，充分发挥了迈克尔逊干涉仪测量精确度高的优点。
[0009]进一步的，采集一个或多个亮纹对于一个固定接收面的光强变化量时，是采集的一个或多个亮纹的光强曲率变化最大处对于固定接收面的光强变化量。[0010]实际应用中发现，振臂振动引起的光程差的改变非常小，而干涉条纹的光强分布如图5所示(实线)，如果在亮条纹的最大光强处即峰顶处进行采集，在水平方向产生微小位移时由于峰顶比较平缓，光强变化并不显著，这直接损失了部分探测灵敏度。由图5分析可知当亮纹在水平方向产生微小位移时强度变化量最大处位于光强曲线的斜率最大处(图中虚线中间位置)。因此，我们让条纹状光阑上的条孔(开口)仅能使光强曲线的斜率最大处的光通过，如图5所示，其开口处为图中虚线位置，这使得原本紧密排列不易区分的亮暗条纹的移动在光电探测器上以光强曲线的斜率最大处的光强变化方式显现出来。实验结果显示，在此操作下由于光强变化明显，且水平方向的移动幅度与光强变化量成完美的线性关系，因此系统的灵敏度和线性度都有大幅度的提高。所述亮纹的光强曲率变化最大处可通过光电探测器测量其光强的分布特性并通过计算得出，本领域技术人员可以很容易的通过实验以及相关计算找到该位置，在光阑上开出相应的条孔并将光阑放置在该位置，光阑的这种结构设计以及放置位置使测量所得结果更为精确，进一步发挥了迈克尔逊干涉仪测量精确度高的优点。
[0011]本发明所述基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置是采用以下技术方案实现的:一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，包括激发光发射装置和计算机系统；激发光发射装置的出射光路上依次设有光束聚焦器和气体池，气体池内设有音叉式石英晶振；计算机系统的一个信号输出端与激发光发射装置的控制端相连接；还包括迈克尔逊全光学探测装置；所述迈克尔逊全光学探测装置包括探测光发射装置、半反半透镜片、平面镜、贴在音叉式石英晶振的振臂外侧面的反射膜、光电探测器、函数发生器以及锁相放大器；所述光电探测器的信号输出端与锁相放大器的一个信号输入端相连接；锁相放大器的另一个信号输入端与函数发生器的一个信号输出端相连接；锁相放大器的信号输出端与计算机系统的信号输入端相连接；计算机系统的另一个信号输出端与探测光发射装置的控制端相连接；激发光发射装置的调制端与函数发生器的另一个信号输出端相连接；所述半反半透镜片和贴在音叉式石英晶振的振臂外侧面的反射膜顺次位于探测光发射装置的出射光路上，平面镜位于半反半透镜片正面的反射光路上；所述光电探测器位于半反半透镜片背面的反射光路上；探测光发射装置、半反半透镜片、平面镜以及贴在音叉式石英晶振的振臂外侧面的反射膜组成一个产生等厚干涉条纹的迈克尔逊干涉仪；所述光电转换装置与半反半透镜片之间依次设有一个凸透镜和与等厚干涉条纹相配合的条纹状光阑；所述条纹状光阑上开有一个或多个与干涉条纹相配合的条孔；所述条纹状光阑的位置和条孔的结构能使一条或多条亮纹的光强曲率变化最大处的光透过，而将其余部分的光及暗纹遮住。
[0012]如图1所示，激发光发射装置发出激光光束，并在光束聚焦器的作用下被聚焦，调节音叉式石英晶振的位置使上述汇聚光的焦点位于音叉两振臂之间并使该光束与音叉无任何接触的穿过；与此同时，探测光发射装置发出一定波长的光，该激光经半反半透镜片作用后分为两束光，其中一束透过半反半透镜片后于音叉振臂外表面照射在石英音叉的任一振臂上并以原光路反射至半反半透镜片背面后被其反射至光电探测器；另一束经半反半透镜片正面反射作用的光沿垂直于入射激光的方向被反射至平面镜并被平面镜再次反射，最终沿原光路返回并穿过半反半透镜片到达凸透镜，与第一束光发生迈克尔逊干涉并产生等厚干涉条纹。所述探测光发射装置、半反半透镜片、平面镜以及贴在振臂外侧面上的反射膜之间的组成一个迈克尔逊干涉仪，这四种装置的位置关系是本领域技术人员公知的，属于现有技术；凸透镜对干涉后的光束进行扩束，使干涉条纹能够清楚的被观测到；条纹状光阑将经过半反半透镜片后形成的等厚干涉条纹进行选择性的透过，仅仅使等厚条纹亮纹的光强曲线变化最大处的光透过，光电探测器将探测到的透过光阑的亮纹的光强变化信号转化为电信号并实时传输至与之相连的锁相放大器，该锁相放大器同时接收函数发生器送来的同步信号对光电探测器信号进行解调并将结果传输至与之直接相连的计算机系统，计算机系统在相应软件的支持下最终获得待测气体浓度；所述相应软件是本领域技术人员易于编写的。
[0013]进一步的，半反半透镜片与音叉式石英晶振的振臂外侧面的反射膜之间顺次设有小孔光阑和汇聚透镜；平面镜与半反半透镜片之间设有光学衰减器。
[0014]如图2所示，为增加激光的利用效率、增强信噪比，增加了相应的基础光学器件，具体为:在半反半透镜片与石英音叉之间添加了小孔光阑和汇聚透镜，这是因为音叉振臂表面定向反射率不高，即使粘贴了反射膜用于增强反射率，其反射光仍然为发散较严重的一个光斑，这使得音叉振臂反射光中真正参与形成迈克尔逊干涉效应的光仅占很少的一部分，其余大部分反射光不但没有被有效利用反而直接照射在光电探测器上以背景噪声的形式对探测形成了干扰，因此在此处添加了汇聚透镜尽可能的将反射光汇聚，被放置在汇聚透镜焦点处附近的小孔光阑可以过滤掉未被汇聚的杂光，从而提高了光电探测器的信噪比；另外，正如之前所述，音叉振臂的反射光中有很大部分会损失掉，而另一束参与迈克尔逊干涉的光由于反射发生在定向反射率很高的平面镜的表面因此光强损失极小，这就造成了形成迈克尔逊干涉的两束光的光强差异很大，其结果便是形成的干涉结果被较强的一束光掩盖不便于观察探测，为克服这一缺陷，我们在半反半透镜片和平面镜之间添置了光学衰减片，通过调节其透射率控制该路反射光的光强，以得到最佳的迈克尔逊干涉效果。
[0015]本发明通过在光声光谱技术中弓丨入了迈克尔逊全光学探测方法以及装置，有效避免了电磁环境对测量的干扰；条纹状光阑的设计实现了通过测量亮条纹的强度变化量进而获知气体浓度，测量精度非常高，充分发挥了迈克尔逊干涉原理的优点。本发明还可以在探测光路上设置所需的各种部件，增强了测量的灵活性，进一步提高了测量的精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1本发明所述装置的结构示意图。
[0017]图2本发明所述装置的第二种结构示意图。
[0018]图3音叉式石英晶振的立体结构示意图。
[0019]图4本发明所述装置对待测气体进行测量后待测气体的吸收谱线。
[0020]图5等厚干涉条纹与条纹状光阑的位置关系示意图。
[0021]图6条纹状光阑的结构示意图。
[0022]1-激发光源，2-光源驱动器，3-光束聚焦器，4-音叉式石英晶振，5-激光探测光源，6-探测光源驱动器，7-半反半透镜片，8-平面镜，9-光电探测器，10-锁相放大器，11-函数发生器，12-计算机系统，13-小孔光阑，14-汇聚透镜，15-光学衰减片，16-凸透镜，17-条纹状光阑，18-条孔。【具体实施方式】
[0023]一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法，包括基于音叉式石英晶振的气体共振发生方法；还包括迈克尔逊全光学探测方法；所述迈克尔逊全光学探测方法采用以下步骤:引入一束探测光，将其分解为两束，一束入射至音叉式石英晶振的任意一个振臂的外侧面，发生反射后与另一束光发生迈克尔逊干涉，产生等厚干涉条纹；通过采用与等厚干涉条纹相配合的条纹状光阑使一条或多条亮纹透射至一个固定接收面而将其余部分遮挡，采集一条或多条亮纹随振臂振动而在该固定接收面所产生的光强变化量，根据该光强变化量得到待测气体的浓度；所述一条或多条亮纹的光强变化量八1=1±— I+，式中1±、I+分别是采集到的一条或多条亮纹的光强最大值和最小值；所述采集到的一条或多条亮纹的光强变化量△ I与音叉式石英晶振的振幅成线性关系，而音叉式石英晶振的振幅与待测气体的浓度I成线性关系，可知一条或多条亮纹的光强变化量△ I与待测气体浓度I成线性关系；设亮纹的光强变化量Λ I与某一种待测气体浓度y的关系式为y=kA I+b，式中k，b为待定常数；至少取两份浓度已知的该种待测气体样品，分别测出至少两份待测气体样品吸收激光能量后产生声波引起的探测光发生迈克尔逊干涉所产生的一条或多条亮纹的光强变化量，根据至少两组[y，Δ I]值拟合出k和b，即得到一条或多条亮纹的光强变化量Λ I与待测气体浓度y的定量关系，据此就可以用于测定该种气体的浓度；选择不同气体的样品，拟合出每种气体对应的k，b值，就可用于测定这些气体的浓度。
[0024]采集一个或多个亮纹对于一个固定接收面的光强变化量时，是采集的一个或多个亮纹的光强曲率变化最大处对于固定接收面的光强变化量。
[0025]一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，包括激发光发射装置和计算机系统12 ;激发光发射装置的出射光路上依次设有光束聚焦器3和气体池，气体池内设有音叉式石英晶振4 ;计算机系统12的一个信号输出端与激发光发射装置的控制端相连接；还包括迈克尔逊全光学探测装置；所述迈克尔逊全光学探测装置包括探测光发射装置、半反半透镜片7、平面镜8、贴在音叉式石英晶振4的振臂外侧面的反射膜、光电探测器9、函数发生器11以及锁 相放大器10 ;所述光电探测器9的信号输出端与锁相放大器10的一个信号输入端相连接；锁相放大器10的另一个信号输入端与函数发生器11的一个信号输出端相连接；锁相放大器10的信号输出端与计算机系统12的信号输入端相连接；计算机系统12的另一个信号输出端与探测光发射装置的控制端相连接；激发光发射装置的调制端与函数发生器11的另一个信号输出端相连接；所述半反半透镜片7和贴在音叉式石英晶振4的振臂外侧面的反射膜顺次位于探测光发射装置的出射光路上，平面镜8位于半反半透镜片7正面的反射光路上；所述光电探测器9位于半反半透镜片7背面的反射光路上；探测光发射装置、半反半透镜片7、平面镜8以及贴在音叉式石英晶振4的振臂外侧面的反射膜组成一个产生等厚干涉条纹的迈克尔逊干涉仪；所述光电转换装置9与半反半透镜片7之间依次设有一个凸透镜16和与等厚干涉条纹相配合的条纹状光阑17 ;所述条纹状光阑17上开有一个或多个与干涉条纹相配合的条孔18 ;所述条纹状光阑17的位置和条孔18的结构能使一条或多条亮纹的光强曲率变化最大处的光透过，而将其余部分的光及暗纹遮住。
[0026]半反半透镜片7与音叉式石英晶振4的振臂外侧面的反射膜之间顺次设有小孔光阑13和汇聚透镜14 ;平面镜8与半反半透镜片7之间设有光学衰减器15。
[0027]所述音叉式石英晶振4的振臂外侧面所贴反射膜为薄锡纸。[0028]所述激发光发射装置包括激发光源I和与之配套的光源驱动器2 ;所述光源驱动器2调制端与函数发生器11的另一个信号输出端相连接；光源驱动器2的控制端与计算机系统12的一个信号输出端相连接。
[0029]所述探测光发射装置包括激光探测光源5和与之配套的探测光源驱动器6 ;所述探测光源驱动器6控制端与计算机系统的另一个信号输出端相连接。
[0030]实际测量中探测光使用中心波长为632.8nm的氦氖激光光束，汇聚透镜14焦距为75mm，反射膜贴在从振臂顶端向下0.3-1.5mm之间，在这一区域振臂振动幅度较大且振动幅度与亮纹的强度变化量成正比关系。光束聚焦器3焦距为IOmm ;凸透镜16焦距为40mm，用于将等厚干涉条纹扩束，首叉式石英晶振4的振动频率为32.768kHzο图4为实验所用首叉式石英晶振4的尺寸及微观示意图。
[0031]由干涉理论可知，要使同一位置亮暗条纹完全转变，形成干涉的两束光的光程差需改变二分之一波长即316.4nm (氦氖激光光束波长的一半)，但相关计算显示实验中音叉振臂的水平振动幅度最大仅约为几十纳米，远达不到亮暗条纹交替变换的条件，因此设置只让亮纹的一侧光强曲率变化最大处透过的光阑，并测量亮纹的强度变化量，该变化量就可以准确代表振臂的振动幅度。让亮纹一侧的光强变化曲率最大处的条纹状光阑的结构如图6所示。
[0032]本申请中迈克尔逊干涉条纹为等厚干涉条纹，即不同位置的亮条纹的强度分布完全一致，因此无论是对一条亮纹还是同时对多条干涉亮条纹进行探测，探测到的总强度均与气体浓度成线性相关。
[0033]图4为将激发光源的工作温度设定在12.5°C的情况下，函数发生器11输出的正弦信号通过光源驱动器2对激发光源I进行调制，同时计算机系统12控制光源驱动器2，使其供给激发光源I的工作电流以0.4mA步间增加的方式在50miTl40mA的范围内均匀改变(每次改变的延迟时间均为2000ms)，以此获得的待测气体的吸收谱线，图中两条曲线分别为图1、图2所述装置扫描获得的吸收线。
【权利要求】
1.一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法，包括基于音叉式石英晶振的气体共振发生方法；其特征在于，还包括迈克尔逊全光学探测方法；所述迈克尔逊全光学探测方法采用以下步骤:引入一束探测光，将其分解为两束，一束入射至音叉式石英晶振的任意一个振臂的外侧面，发生反射后与另一束光发生迈克尔逊干涉，产生等厚干涉条纹；通过采用与等厚干涉条纹相配合的条纹状光阑使一条或多条亮纹透射至一个固定接收面而将其余部分遮挡，采集一条或多条亮纹随振臂振动而在该固定接收面所产生的光强变化量，根据该光强变化量得到待测气体的浓度；所述一条或多条亮纹的光强变化量△ 1=1±— I+，式中1±、1+分别是采集到的一条或多条亮纹的光强最大值和最小值；所述采集到的一条或多条亮纹的光强变化量△ I与音叉式石英晶振的振幅成线性关系，而音叉式石英晶振的振幅与待测气体的浓度y成线性关系，可知一条或多条亮纹的光强变化量△ I与待测气体浓度y成线性关系；设亮纹的光强变化量△ I与某一种待测气体浓度y的关系式为y=kA I+b，式中k，b为待定常数；至少取两份浓度已知的该种待测气体样品，分别测出至少两份待测气体样品吸收激光能量后产生声波引起的探测光发生迈克尔逊干涉所产生的一条或多条亮纹的光强变化量，根据至少两组[y，Δ I]值拟合出k和b，即得到一条或多条亮纹的光强变化量△ I与待测气体浓度y的定量关系，据此就可以用于测定该种气体的浓度；选择不同气体的样品，拟合出每种气体对应的k，b值，就可用于测定这些气体的浓度。
2.如权利要求1所述的 基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测方法，其特征在于，采集一个或多个亮纹对于一个固定接收面的光强变化量时，是采集的一个或多个亮纹的光强曲率变化最大处对于固定接收面的光强变化量。
3.一种基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，用于实现如权利要求2所述的方法，包括激发光发射装置和计算机系统(12);激发光发射装置的出射光路上依次设有光束聚焦器(3)和气体池，气体池内设有音叉式石英晶振(4);计算机系统(12)的一个信号输出端与激发光发射装置的控制端相连接；其特征在于还包括迈克尔逊全光学探测装置；所述迈克尔逊全光学探测装置包括探测光发射装置、半反半透镜片(7)、平面镜(8)、贴在音叉式石英晶振(4)的振臂外侧面的反射膜、光电探测器(9)、函数发生器(11)以及锁相放大器(10);所述光电探测器(9)的信号输出端与锁相放大器(10)的一个信号输入端相连接；锁相放大器(10)的另一个信号输入端与函数发生器(11)的一个信号输出端相连接；锁相放大器(10)的信号输出端与计算机系统(12)的信号输入端相连接；计算机系统(12)的另一个信号输出端与探测光发射装置的控制端相连接；激发光发射装置的调制端与函数发生器(11)的另一个信号输出端相连接；所述半反半透镜片(7)和贴在音叉式石英晶振(4)的振臂外侧面的反射膜顺次位于探测光发射装置的出射光路上，平面镜(8)位于半反半透镜片(7)正面的反射光路上；所述光电探测器(9)位于半反半透镜片(7)背面的反射光路上；探测光发射装置、半反半透镜片(7)、平面镜(8)以及贴在音叉式石英晶振(4)的振臂外侧面的反射膜组成一个产生等厚干涉条纹的迈克尔逊干涉仪；所述光电转换装置(9)与半反半透镜片(7)之间依次设有一个凸透镜(16)和与等厚干涉条纹相配合的条纹状光阑(17);所述条纹状光阑(17)上开有一个或多个与干涉条纹相配合的条孔(18);所述条纹状光阑(17)的位置和条孔(18)的结构能使一条或多条亮纹的光强曲率变化最大处的光透过，而将其余部分的光及暗纹遮住。
4.如权利要求3所述的基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，其特征在于，半反半透镜片(7)与音叉式石英晶振(4)的振臂外侧面的反射膜之间顺次设有小孔光阑(13)和汇聚透镜(14);平面镜(8)与半反半透镜片(7)之间设有光学衰减器(15)。
5.如权利要求3或4所述的基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，其特征在于，所述音叉式石英晶振(4)的振臂外侧面所贴反射膜为薄锡纸。
6.如权利要求3或4所述的基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，其特征在于，所述激发光发射装置包括激发光源(I)和与之配套的光源驱动器(2);所述光源驱动器(2)调制端与函数发生器(11)的另一个信号输出端相连接；光源驱动器(2)的控制端与计算机系统(12)的一个信号输出端相连接。
7.如权利要求5所述的基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，其特征在于，所述激发光发射装置包括激发光源(I)和与之配套的光源驱动器(2 );所述光源驱动器(2 )调制端与函数发生器(11)的另一个信号输出端相连接；光源驱动器(2)的控制端与计算机系统(12)的一个信号输出端相连接。
8.如权利要求3或4所述的基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，其特征在于，所述探测光发射装置包括激光探测光源(5)和与之配套的探测光源驱动器(6);所述探测光源驱动器(6)控制端与计算机系统的另一个信号输出端相连接。
9.如权利要求5所 述的基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，其特征在于，所述探测光发射装置包括激光探测光源(5 )和与之配套的探测光源驱动器(6 );所述探测光源驱动器(6)控制端与计算机系统的另一个信号输出端相连接。
10.如权利要求7所述的基于迈克尔逊干涉原理的全光学气体探测装置，其特征在于，所述探测光发射装置包括激光探测光源(5 )和与之配套的探测光源驱动器(6 );所述探测光源驱动器(6)控制端与计算机系统的另一个信号输出端相连接。
【文档编号】G01N21/39GK103543125SQ201310494334
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】董磊, 武红鹏, 刘研研 申请人:山西大学