一种基于红外光源的光声光谱气体检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于红外光源的光声光谱气体检测装置，采用红外光源作为发射光源，红外光源相对激光光源具有低成本、宽光谱的优点，大程度的缩减了光声光谱气体分析仪制作成本，并且解决了激光器光源气体分析仪只能检测有限几种气体的局限性，能对所有在所用红外光源发射谱范围内有较大吸收的气体进行浓度检测。本发明专利技术使用凹面镜+透镜组对光束进行级联收束，最后得到较大功率密度的细束平行光束。信号采集方面，由红外对管探测光调制频率作为参考信号输入锁相放大器，与微音器得到的光声信号对比滤波，最后由计算机对滤波信号分析计算得到气体浓度。本发明专利技术实现了低成本、高选择、高灵敏的气体探测技术，具有相当好的社会和经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于红外光源的光声光谱气体检测装置 所属
本专利技术属于气体传感器领域，具体涉及一种基于红外光源和光声光谱技术能对多种气体进行浓度检测的气体检测装置。
技术介绍
气体检测技术广泛应用于环境检测、医疗诊断、化工化学以及近几年较热的变压器故障诊断等领域，由此，近年来对痕量气体的灵敏检测成为近年来国内外学者的研究重点。光声光谱是利用光声效应检测吸收物浓度的一种光谱技术，由于其高灵敏度、高选择性、大动态检测范围和能够实时测量多种气体成分等突出优点，受到研究学者们的日益关注并逐步广泛应用到各个行业领域的气体检测。 光声光谱属于一种无背景的光谱测量技术，具有探测灵敏度高，动态范围大以及光声光谱探测器的响应率几乎与波长无关等优点，与传统的光谱检测方法不同，光声技术是检测物体吸收光能后产生的热能中以声压形式表现出来的那部分能量，而在20世纪70年代随着声弱信号检测技术的不断积累和发展，高灵敏度微音器和压电陶瓷的出现，光声光谱(PAS)技术得到广泛的重视，尤其在微量气体检测方面，PAS技术获得了广泛的研究和发展，因此即使在高反射弱吸收的情况下，很小的吸收能也可以被声波检测器检测。 但是，现今研制的光声光谱气体分析仪大多使用激光作为光源，成本较高的同时发射谱宽也有极大的限制，从而限制着所检测的气体种类。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于红外光源的光声光谱气体检测装置，可对多种气体进行浓度检测。利用红外光源的廉价性和宽光谱特点，可以大程度节缩气体分析仪成本并实现多种气体检测。 本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案: 本专利技术装置分四个模块:光源模块、光声腔模块、信号采集模块。 光源模块:使用铝膜凹面镜对红外光源发散光束进行汇聚，选用一个焦距为1cm的凸透镜和两个焦距为2cm的凸透镜组成透镜组对光线进行级联收束准直，其排列顺序为2cm焦距透镜-1Ocm焦距透镜-2cm焦距透镜，经过收束后的光束变成宽度约为40mm的平行光，经过滤光片滤波后光束入射进入光声池。 光声腔模块:所述谐振腔为圆柱型，两边连通同轴缓冲室，谐振腔腔长为10cm，腔内径为1.4cm,缓冲室长度为5cm,缓冲室直径为5cm。光声腔入射端贴合高透射石英,尾端放置镀银反射镜，形成一次反射。 信号采集模块:谐振腔中间位置上部紧密贴合微音器。微音器输出端连接前置放大器，再与SR830型号锁相放大器相连，最后锁相放大器与PC连接进行数据分析。 有益效果:本专利技术基于光声光谱气体检测的原理，使用低成本红外光源，设计了灵敏度较好的光声光谱气体检测装置，该装置避开了昂贵的激光发射装置，成本得到节缩，结构相对简单，运行可靠，维护性好，由于红外光源的宽谱特性，能方便的对多种气体进行检测。 【附图说明】 图1是本专利技术的光声光谱气体检测系统结构图。 其中:1、红外光源，2、凹面反射镜，3、厚凸透镜，4、薄凸透镜，5、厚凸透镜，6、缓冲室，7、进气口，8、谐振腔，9、出气口，10、反射镜，11、微音器，12、滤光盘，13、斩波器，14、DSP,15、无刷直流电机，16、前置放大器，17、锁相放大器，18、计算机，19、红外对管。 【具体实施方式】 下面结合附图和具体实施过程对本专利技术做进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。 如图1所示，整个气体检测装置分三大模块:光源模块、光声腔模块、信号采集模块。 光源采用JSIR450型号稳态红外光源I，其输出波长覆盖500-10000nm，满足多种气体测量所需照射波长，其发散光束由凹面反射镜2进行汇聚并经过焦距为2cm的凸透镜3汇聚准直，得到的光束光斑较大，因此再由焦距为1cm的凸透镜4收束并再由焦距为2cm的凸透镜汇聚准直，得到宽度为4mm的平行光。 其后光路再设置有滤光盘12和斩波器13进行滤波和光调制。DSP14控制无刷直流电机15驱动斩波器，进而控制斩波器13斩波频率对光进行调制。 滤光盘12设6个滤光片镶嵌孔，根据待测气体选取合适的滤光片进行安装。 斩波器的斩波频率为1643HZ,与光声腔形成共振,放大声波信号。 谐振腔8为圆柱型，采用黄铜材料，两边连通同轴缓冲室6，谐振腔8腔长为10cm，腔内径为1.4cm,缓冲室6长度为5cm,直径为5cm。光声腔入射端贴合高透射石英,尾端放置镀银反射镜10，形成一次反射。 谐振腔中间位置紧贴微音器11EK-3303，将声信号转换成电信号，经由前置放大器16输入双相锁相放大器17，其型号为SR830，参考信号由红外对管19检测光调制频率输入锁相放大器17。最后由计算机收集信号进行计算得出对应气体浓度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于红外光源和光声光谱技术能对多种气体进行浓度检测的气体检测装置，包括：(1)光源；(2)光束聚焦准直单元；(3)滤波斩波单元；(4)光声腔；(5)信号采集单元；其特征是：发射光源使用红外光源；使用凹面镜+透镜组对发散光进行级联收束，光声腔为圆柱型共振光声腔，信号采集模块使用EK‑3303微音器、SR830锁相放大器。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外光源和光声光谱技术能对多种气体进行浓度检测的气体检测装置，包括: (1)光源； (2)光束聚焦准直单元； (3)滤波斩波单元； (4)光声腔； (5)信号采集单元； 其特征是:发射光源使用红外光源；使用凹面镜+透镜组对发散光进行级联收束，光声腔为圆柱型共振光声腔，信号采集模块使用EK-3303微音器、SR830锁相放大器。2.根据权利要求1所述的一种基于红外光源的光声光谱气体检测装置，其特征在于发射光源为红外光源。3.根据权利要求1所述的一种基于红外光源的光声光谱气体检测装置，其特征在于首次使用凹面镜+透镜组...

【专利技术属性】
技术研发人员：许雪梅，李奔荣，杨兵初，蒋礼，尹林子，丁一鹏，曹粲，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43