一种新型酒精光谱吸收特性演示验证系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种新型酒精光谱吸收特性演示验证系统，包括激光光源、酒精蒸汽吸收池、蒸汽循环泵、蒸汽发生器、信号探测器和数据采集与处理装置。激光光源的输出端接酒精蒸汽吸收池的输入端。酒精蒸汽吸收池的输出端接信号探测器的输入端。蒸汽发生器的入口接酒精蒸汽吸收池的出口，出口接蒸汽循环泵的入口。蒸汽循环泵的出口接酒精蒸汽吸收池的入口。信号探测器的输出端接数据采集与处理装置的输入端。数据采集与处理装置的输出端接激光光源的输入端。本实用新型专利技术能够实现不同分子浓度下的酒精分子吸收光谱特性进行演示验证，有助于在高中物理实验中深入理解气体分子对连续光的吸收作用，帮助学生构建分子吸收光谱的概念。

A new demonstration and verification system of alcohol spectral absorption characteristics

【技术实现步骤摘要】
一种新型酒精光谱吸收特性演示验证系统
本技术涉及实验演示系统
，具体涉及一种新型酒精光谱吸收特性演示验证系统。
技术介绍
目前，发射光谱和吸收光谱是高中物理中波动光学的重要组成部分。无论是原子分子受激后的发射光谱，还是连续光经原子分子吸收后的吸收光谱，都带有各种物质的固有属性，如让一束连续光通过纳蒸汽，就可以在连续彩色光谱中的黄色区域看到明显的黑色暗线。受制于演示验证系统，待测物质的浓度高低往往无法直接从光谱图中给出精确的数值。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种新型酒精光谱吸收特性演示验证系统，该系统能够实现不同浓度条件下的酒精分子吸收光谱特性进行演示验证。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种新型酒精光谱吸收特性演示验证系统，包括激光光源、酒精蒸汽吸收池、蒸汽循环泵、蒸汽发生器、信号探测器和数据采集与处理装置。所述激光光源的输出端接酒精蒸汽吸收池的输入端。所述酒精蒸汽吸收池的输出端接信号探测器的输入端。所述蒸汽发生器的入口与酒精蒸汽吸收池的出口相连，蒸汽发生器的出口与蒸汽循环泵的入口相连。所述蒸汽循环泵的出口与酒精蒸汽吸收池的入口相连。所述信号探测器的输出端接数据采集与处理装置的输入端。所述数据采集与处理装置的输出端接激光光源的输入端。所述酒精蒸汽吸收池的输入端，用于使激光光源产生调制后的红外连续激光进入酒精蒸汽吸收池；所述酒精蒸汽吸收池的输出端，用于使进入酒精蒸汽吸收池的激光经多次反射、吸收后，离开酒精蒸汽吸收池并进入信号探测器中。进一步的，所述激光光源采用可调谐外腔半导体激光器。进一步的，所述酒精蒸汽吸收池采用怀特池。进一步的，所述信号探测器采用光电探测器。进一步的，所述数据与处理装置包括采集卡和计算机。本技术的有益效果为：(1)本技术所述的系统是基于酒精气体分子对红外波段特征谱线的吸收效应，能够实现不同分子浓度下吸收光谱强度变化特征的实验演示验证。(2)本技术采用1.39um和3.35um两条吸收谱线反演酒精蒸汽的吸收特性，获取酒精分子对不同波长特征谱线的灵敏度。(3)本技术利用可调节半导体激光器产生连续可调节红外激光，配合浓度可调的酒精蒸汽产生与测量装置，实现了最先进的光谱学测量技术与课堂教学的有机结合，拓展了学生的视野，有力的激发了学生的学习兴趣。同时，也能够激发学生的反向构思能力。所述酒精蒸汽产生与测量装置包括酒精蒸汽吸收池、蒸汽发生器、蒸汽循环泵和信号探测器。附图说明图1是本技术的结构示意图。其中：100、激光光源，200、酒精蒸汽吸收池，201、蒸汽循环泵，202、蒸汽发生器，300、信号探测器，400、数据采集与处理装置。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步说明：如图1所示的一种新型酒精光谱吸收特性演示验证系统，包括激光光源100、酒精蒸汽吸收池200、蒸汽循环泵201、蒸汽发生器202、信号探测器300和数据采集与处理装置400。所述激光光源100的输出端接酒精蒸汽吸收池200的输入端。所述酒精蒸汽吸收池200的输出端接信号探测器300的输入端。所述蒸汽发生器202的入口与酒精蒸汽吸收池200的出口相连，蒸汽发生器202的出口与蒸汽循环泵201的入口相连。所述蒸汽循环泵201的出口与酒精蒸汽吸收池200的入口相连。所述信号探测器300的输出端接数据采集与处理装置400的输入端。所述数据采集与处理装置400的输出端接激光光源100的输入端。所述酒精蒸汽吸收池的输入端，用于使激光光源产生调制后的红外连续激光进入酒精蒸汽吸收池；所述酒精蒸汽吸收池的输出端，用于使进入酒精蒸汽吸收池的激光经多次反射、吸收后，离开酒精蒸汽吸收池并进入信号探测器中。进一步的，所述激光光源100采用可调谐外腔半导体激光器，可实现对激光信号、波长的双重调制。所述激光光源100，用于提供涵盖酒精蒸汽红外吸收带的原始激光信号，可实现周期性的波长扫描和连续输出。进一步的，所述酒精蒸汽吸收池200采用怀特池，可实现激光在池内的多次反射，从而通过增加吸收光程的方法，提高对原始激光信号的吸收强度，实现实验环境下吸收光程的延长。所述酒精蒸汽吸收池200与蒸汽循环泵201、蒸汽发生器202配套，可实现吸收池内酒精分子浓度的动态调整，直观演示出不同酒精蒸汽浓度下激光原始谱与吸收谱的异同点。进一步的，所述信号探测器300采用高灵敏红外光电探测器，实现对激光吸收光谱的采集。所述信号探测器300在完成对激光信号进行解调的同时，将激光的波长、光强数据反馈至数据采集与处理装置400。进一步的，所述数据与处理装置400包括采集卡和计算机。所述采集卡用于采集吸收前和吸收后的激光特征谱线数据。所述计算机一方面用于显示酒精光谱吸收效果和获取怀特池中的酒精气体浓度，另一方面用于对激光光源进行调制。本技术的工作原理为：本技术采用波长可调的外腔半导体激光器产生连续光源，在涵盖分子吸收谱线的同时，去除环境光对实验结果的影响；采用1.39um和3.35um两条吸收谱线反演酒精蒸汽的吸收特性；采用怀特池作为酒精蒸汽吸收池，增加酒精蒸汽的吸收光程；采用光电探测器加采集卡实现对吸收光谱的采集、解调及数据传输；采用计算机实现吸收前和吸收后光谱的同步显示，并获取酒精蒸汽吸收池内的酒精蒸汽浓度。具体地说，本技术利用蒸汽发生器202，在一定温度下产生浓度相对稳定的酒精蒸汽；通过蒸汽循环泵201，将酒精蒸汽运输至酒精蒸汽吸收池200中，并经过一定时间的连续循环，使得蒸汽吸收池200内的酒精蒸汽浓度恒定。激光光源100产生调制后的红外连续激光，并进入酒精蒸汽吸收池200，并经多次反射、吸收后，离开酒精蒸汽吸收池200。经酒精蒸汽吸收后的红外激光进入信号探测器300中，并经过解调、换算将光谱数据送回数据采集与处理装置400。在数据采集与处理装置400中，可以直接给出酒精蒸汽吸收前后的激光光谱，并对光谱数据进行对比分析。需要说明的是，通过改变蒸汽发生器202等的状态，可以间接改变酒精蒸汽吸收池200中的蒸汽浓度，从而改变吸收光谱的吸收强度，可以帮助学生建立分子吸收光谱、吸收特性与分子浓度之间的一一对应关系，有助于深入理解分子浓度与光谱之间的吸收特性。酒精蒸汽对原始激光光谱的吸收原理为：激光光源100发出的激光光强为I0，经酒精蒸汽吸收池后的激光光强为I，由此可以用下列表达式给出具体值：I＝I0*exp(-L*σ*c)其中，L为激光实际吸收光程，σ为吸收系数，c为常数。由此可见，当改变酒精蒸汽吸收池200内的激光吸收光程，或者改变酒精蒸汽吸收池200内酒精蒸汽的浓度时，都会引起吸收后的激光光强I与原始激光光强I0之间比值的变化。进一步的，当酒精吸收池200内的激光吸收光程固定后，即可通过公式直接获得吸收系数σ，通过标定即可实时获得酒精蒸汽的浓度。综上所述，本技术能够演示验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型酒精光谱吸收特性演示验证系统，其特征在于：包括激光光源、酒精蒸汽吸收池、蒸汽循环泵、蒸汽发生器、信号探测器和数据采集与处理装置；所述激光光源的输出端接酒精蒸汽吸收池的输入端；所述酒精蒸汽吸收池的输出端接信号探测器的输入端；所述蒸汽发生器的入口与酒精蒸汽吸收池的出口相连，蒸汽发生器的出口与蒸汽循环泵的入口相连；所述蒸汽循环泵的出口与酒精蒸汽吸收池的入口相连；所述信号探测器的输出端接数据采集与处理装置的输入端；所述数据采集与处理装置的输出端接激光光源的输入端；所述酒精蒸汽吸收池的输入端，用于使激光光源产生调制后的红外连续激光进入酒精蒸汽吸收池；所述酒精蒸汽吸收池的输出端，用于使进入酒精蒸汽吸收池的激光经多次反射、吸收后，离开酒精蒸汽吸收池并进入信号探测器中。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型酒精光谱吸收特性演示验证系统，其特征在于：包括激光光源、酒精蒸汽吸收池、蒸汽循环泵、蒸汽发生器、信号探测器和数据采集与处理装置；所述激光光源的输出端接酒精蒸汽吸收池的输入端；所述酒精蒸汽吸收池的输出端接信号探测器的输入端；所述蒸汽发生器的入口与酒精蒸汽吸收池的出口相连，蒸汽发生器的出口与蒸汽循环泵的入口相连；所述蒸汽循环泵的出口与酒精蒸汽吸收池的入口相连；所述信号探测器的输出端接数据采集与处理装置的输入端；所述数据采集与处理装置的输出端接激光光源的输入端；所述酒精蒸汽吸收池的输入端，用于使激光光源产生调制后的红外连续激光进入酒精蒸汽吸收池；所述酒精蒸汽吸收池的输出端，用于使进入酒精蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘怡阳，
申请(专利权)人：刘怡阳，
类型：新型
国别省市：安徽;34