放声能，声能在共振管3-1中逐步积累，再传递给石英音叉3-2引起两个振臂321的振动，然后通过压电效应把机械振动能转换为电信号，而电信号的强度正比于被检测物质成分的浓度。一般四反射镜式的钛宝石激光器腔内的激光光束直径为6mm左右，所以共振管3-1的直径也要大于6mm，但是由于使用不同的激光器腔内部的光束直径也不同，所以共振管3-1的具体参数也要根据具体情况而定，在本实施例中不对尺寸做任何的限定。
[0031]图3是本实施例整个检测装置的结构图。在吸收腔2中放置有共振管3-1和石英音叉3-2，腔内的检测光A首先通过调制器4，调制器4的调制频率为寧的整数倍，其中fo是石英音叉的共振频率，本实施例中该共振频率为32.76kHz?调制器4的调制频率信号被输入到锁相放大器5-2中作为参考信号，在谐振腔I内振荡的检测光A透过吸收腔2的前窗口镜Wl和后窗口镜W2入射到吸收腔2中，再被吸收腔2中的气体分子吸收而激发声波引起石英音叉3-2的振动，石英音叉3-2的信号首先被输入到前置放大器5-1中，然后再输入到锁相放大器5-2中，锁相放大器5-2中的信号输入到主机6中进行数据采集。另外，整个吸收腔2为密封设置，前窗口镜Wl和后窗口镜W2均对钛宝石激光高透，在吸收腔2上设有气口 2-1，用于吸收腔2的抽真空以及待测气体的充入。
[0032]调制器可以是电光调制器、声光调制器、磁光调制器。
[0033]实施例2
[0034]本实施例采用F-P型谐振腔结构，吸收腔2与谐振腔I 一体，如图4所示。吸收腔2的两端有平行的前平面反射镜Rl和后平面反射镜R2，都对检测光A具有高反射率，构成F-P腔；设置两个反射镜之间的距离，可使腔体满足共振条件，uN= (c/2L)*(N+0/ji)时，其中％是纵模在频率坐标上的间隔，c为光速，L为腔长，N为自然数，Θ为光波被反射一次后的相位改变，此时谐振腔I中的驻波强度达到最大。当腔内的检测光A产生共振时，其光强至少为输入光强的10倍，且前平面反射镜Rl和后平面反射镜R2的反射率越高，腔内的光强越强。
[0035]图5是本实施例整个检测装置的结构图。入射检测光A在被吸收腔2中的气体分子吸收而激发声波引起石英音叉3-2的振动，石英音叉3-2的信号首先被输入到前置放大器5-1中，然后再输入到锁相放大器5-2中，锁相放大器5-2中的信号输入到主机6中进行数据采集。另外，整个吸收腔2为密封设置，在吸收腔2上设有气口 2-1，用于吸收腔2的抽真空以及待测气体的充入。
[0036]应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非【具体实施方式】的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种谐振腔内石英音叉气体检测装置，其特征在于:包括谐振腔(I)、吸收腔(2)、石英音叉探测器(3)、调制器(4)、信号放大单元(5)和主机(6)，其中: 外部入射或内部泵浦激发的激光在所述谐振腔(I)内振荡，以该激光作为检测光(A);所述吸收腔(2)与谐振腔(I) 一体或分立设置，吸收腔(2)为留有气口(2-1)的密封腔体，位于检测光㈧光路中，所述调制器⑷在检测光㈧光路中置于吸收腔⑵前端； 所述石英音叉探测器(3)位于吸收腔(2)内，包括共振管(3-1)和石英音叉(3-2);共振管(3-1)轴线与所述检测光(A)光路同轴，共振管(3-1)下部有一个开口槽(311);石英音叉(3-2)位于所述开口槽(311)处，其两个振臂(321)分置于共振管(3-1)轴线两侧，振臂(321)平面与共振管(3-1)轴线平行； 所述石英音叉(3-2)信号输出端连接信号放大单元(5)，信号放大单元(5)连接主机(6)进行数据采集处理。
2.根据权利要求1所述的谐振腔内石英音叉气体检测装置，其特征在于:所述吸收腔(2)与谐振腔⑴分体设置，吸收腔(2)位于谐振腔⑴内，吸收腔(2)两端分别设置透光的前窗口镜(Wl)和后窗口镜(W2)，振荡的检测光㈧经前窗口镜(Wl)和后窗口镜(W2) A射吸收腔(2)。
3.根据权利要求2所述的谐振腔内石英音叉气体检测装置，其特征在于:还包括泵浦光源(1-1)和聚焦透镜(1-2)，所述谐振腔(I)内包括钛宝石晶体(1-3)，所述泵浦光源(1-1)发出的泵浦光⑵经聚焦透镜(1-2)入射所述钛宝石晶体(1-3)，钛宝石晶体(1-3)在谐振腔(I)内出射激光，该激光为所述检测光(A)。
4.根据权利要求3所述的谐振腔内石英音叉气体检测装置，其特征在于:所述谐振腔(1)为四镜Z型折叠腔，谐振腔⑴由两端第一反射镜(Ml)和输出镜(M4)构成，中段设置转折光路的第二反射镜(M2)和第三反射镜(M3);所述钛宝石晶体(1-3)位于所述第二反射镜(M2)和第三反射镜(M3)之间，泵浦光(P)透过第二反射镜(M2)入射至钛宝石晶体(1-3);所述吸收腔(2)位于第三反射镜(M3)和输出镜(M4)之间。
5.根据权利要求4所述的谐振腔内石英音叉气体检测装置，其特征在于:所述第二反射镜(M2)和第三反射镜(M3)为曲率半径相同的凹面镜。
6.根据权利要求4所述的谐振腔内石英音叉气体检测装置，其特征在于:谐振腔(I)内还设置有成布鲁斯特角的棱镜对(1-4)。
7.根据权利要求1所述的谐振腔内石英音叉气体检测装置，其特征在于:所述吸收腔(2)与谐振腔(I)一体，吸收腔(2)两端平行设置前平面反射镜(Rl)和后平面反射镜(R2)，两反射镜构成F-P型谐振腔(I);检测光(A)自前平面反射镜(Rl)入射，在两反射镜间形成振荡。
8.根据权利要求1至7任一项所述的谐振腔内石英音叉气体检测装置，其特征在于:所述信号放大单元(5)由前置放大器(5-1)和锁相放大器(5-2)组成，石英音叉(3-2)信号输出端连接前置放大器(5-1)，锁相放大器(5-2)同时连接调制器(4)、主机(6)和前置放大器(5-1)。
9.根据权利要求1至7任一项所述的谐振腔内石英音叉气体检测装置，其特征在于:所述调制器(4)为电光调制器、声光调制器或磁光调制器。
【专利摘要】一种谐振腔内石英音叉气体检测装置，包括谐振腔、吸收腔、石英音叉探测器、调制器、放大器单元和主机，谐振腔与吸收腔可一体或分体设置；石英音叉探测器包括共振管和石英音叉，置于吸收腔内，吸收腔上设有气口，用于吸收腔的抽真空以及待测气体的充入；检测光经过调制器后由入射窗口入射到吸收腔中，在谐振腔内发生共振，吸收腔中的气体分子吸收检测光并激发声波从而引起石英音叉的振动，石英音叉的信号放大后输入主机中进行数据采集，获得吸收腔内待测气体物质浓度数据。本发明装置谐振腔内部的光强远大于腔外的光强，而石英音叉的探测灵敏度又与光强成正比，因此本发明气体检测装置具有更高的灵敏度。
【IPC分类】G01N21-17
【公开号】CN104880411
【申请号】CN201510292635
【发明人】王欢
【申请人】南京先进激光技术研究院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月1日