一种双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统

本发明涉及光声光谱气体检测，具体为一种双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统。

背景技术：

1、随着社会不断发展，人们对环境的关注度变得越来越高，对环境的要求也变得越来越高，解决环境问题就变得尤为重要。各种环境中的气体特别是有害气体、易燃易爆炸气体的含量成为人们关注的重点，如甲烷、乙炔等烯烃类可燃气体需要在石油、天然气的开采和输送过程中进行检测，能够有效提高工作效率并且能够保证开采安全。对结构精密、科技含量高和安全系数要求高的飞行器和运载设备为了保证设备的正常运行和工作人员的生命安全，需要进行严格的痕量气体的检测。在检测环境中的空气废气、空气污染物，使用的气体传感装置性能要求更高。使用气体传感装置对食品、药品包装材料阻隔性能和包装残留等方面进行检测，有利于保障食品、药品安全。

2、因此，对气体浓度进行快速、精确和有效的检测成为研究的一个重要目的，cn112147126a采用激光在增强腔内多次通过高透高反镜片的中心来回反射提高气体检测的准确性；cn107796786b采用选取吸收强度最大处的驱动电流作为吸收峰处的驱动电流，将驱动模块设置成吸收峰处的驱动电流，进行气体浓度检测，为消除外界对激光波长的影响。然而，随着科技发展和社会需求不断趋于严格，在开展气体检测快捷、准确性和有效性的同时，低浓度、痕量气体检测也成为一个重要的社会需求和研究目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，用于超低、痕量气体检测，且气体浓度快速、精确和有效。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，包括信号发生器与加法器连接，所述加法器与激光器连接，所述激光器与环形器连接，所述环形器与准直器连接，所述准直器与气体传感装置连接，所述气体传感装置与前置放大器连接，所述前置放大器与锁相放大器连接，所述锁相放大器与数据采集系统连接，所述数据采集系统与计算机连接；所述准直器和所述平面镜位于所述气体传感装置左右两侧，所述气体传感装置包括共振管一、共振管二和石英音叉；所述准直器包括准直器一和准直器二，所述准直器一与所述共振管一同轴，所述准直器二与所述共振管二同轴，所述环形器有端口一、端口二和端口三，所述环形器端口一与所述激光器连接，所述环形器端口二与所述准直器一一端连接，所述环形器端口三与所述准直器二一端连接。

4、进一步的，所述共振管一位于所述石英音叉的上端，所述共振管二位于所述石英音叉的下端，所述共振管一和所述共振管二平行设置，所述共振管一和所述共振管二的轴线均位于所述石英音叉叉臂中心线。

5、进一步的，所述共振管一和所述共振管均是长4.4mm、内直径0.6mm和外直径2.2mm的玻璃管。

6、进一步的，所述信号发生器用于产生高频调制波和低频锯齿波。

7、进一步的，所述准直器采用光斑直径为0.3mm小光斑准直器。

8、进一步的，所述平面镜长50mm,宽50mm,厚度2mm.反射率≥99.9％。

9、进一步的，所述激光器为dfb激光器。

10、本发明一种双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统采用共振管一、共振管二双共振管，准直器一和共振管一共轴，准直器二和共振管二共轴，以及石英音叉和平面镜的组合方式，使激光从环形器端口一进入环形器端口二出并经光纤由准直器一入射进共振管一和石英音叉，激光从石英音叉出来后被平面镜反射，激光再次经过共振管一和石英音叉，并被准直器一接收，这个过程中激光往返两次穿过共振管，光声信号得到激发和共振管增强两次；被准直器一接收的激光从环形器端口二进入，从环形器端口三射出，并经准直器二入射共振管二和石英音叉，激光从石英音叉出来后被平面镜反射，激光再次经过共振管二和石英音叉，并被准直器二接收，这个过程中激光又往返两次穿过共振管，光声信号得到激发和共振管增强两次，整个过程共四次激发和增强光声信号。从而经过四次激发和增强的光信号由石英音叉转变为电流信号，并由前置放大器转化为电压信号，锁相放大器将电压信号进行解调并传送至数据采集系统，数据采集系统将解调后的电压信号数据采集下来传输到计算机，进行信号处理和气体浓度的计算。

11、本发明一种双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统采用两个准直器与两个共振管双共轴共振与平面反射镜两者结合的方法，且利用了平面镜光损失极低,通过平面镜反射多次激发，使得全过程中激光可以在音叉上激发四次光声信号，并得到共振管增强四次，使得痕量气体的检测精度和有效性得到提高。

技术特征：

1.一种双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，包括信号发生器与加法器连接，所述加法器与激光器连接，所述激光器与环形器连接，所述环形器与准直器连接，所述准直器与气体传感装置连接，所述气体传感装置与前置放大器连接，所述前置放大器与锁相放大器连接，所述锁相放大器与数据采集系统连接，所述数据采集系统与计算机连接，其特征在于，所述准直器和平面镜位于所述气体传感装置左右两侧，所述气体传感装置包括共振管一、共振管二和石英音叉；所述准直器包括准直器一和准直器二，所述准直器一与所述共振管一同轴，所述准直器二与所述共振管二同轴，所述环形器有端口一、端口二和端口三，所述环形器端口一与所述激光器连接，所述环形器端口二与所述准直器一一端连接，所述环形器端口三与所述准直器二一端连接。

2.根据权利要求1所述双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，其特征在于，所述共振管一位于所述石英音叉的上端，所述共振管二位于所述石英音叉的下端，所述共振管一和所述共振管二平行设置，所述共振管一和所述共振管二的轴线均位于所述石英音叉叉臂中心线。

3.根据权利要求2所述双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，其特征在于，所述共振管一和所述共振管均是长4.4mm、内直径0.6mm和外直径2.2mm的玻璃管。

4.根据权利要求1所述双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，其特征在于，所述信号发生器用于产生高频调制波和低频锯齿波。

5.根据权利要求1所述双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，其特征在于，所述准直器采用光斑直径为0.3mm小光斑准直器。

6.根据权利要求1所述双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，其特征在于，所述平面镜长50mm,宽50mm,厚度2mm.反射率≥99.9％。

7.根据权利要求1所述双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，其特征在于，所述激光器为dfb激光器。

技术总结
本发明公开了一种双共轴共振管石英增强型光声光谱气体检测系统，所述准直器和平面镜位于所述气体传感装置左右两侧，所述气体传感装置包括共振管一、共振管二和石英音叉；所述准直器包括准直器一和准直器二，所述准直器一与所述共振管一同轴，所述准直器二与所述共振管二同轴，所述环形器有端口一、端口二和端口三，所述环形器端口一与所述激光器连接，所述环形器端口二与所述准直器一一端连接，所述环形器端口三与所述准直器二一端连接。本发明采用两个准直器与两个共振管双共轴共振与平面反射镜两者结合的方法，使得全过程中激光可以在音叉上激发四次光声信号，并得到共振管增强四次，使得痕量气体的检测精度和有效性得到提高。

技术研发人员：王宗良,赵义阳,毕少强,张恒彪,赵晶
受保护的技术使用者：聊城大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13