【技术实现步骤摘要】
本技术涉及气体检测的，尤其涉及一种椭球结构光声光谱气体检测装置。
技术介绍
1、光声光谱（photoacoustic spectroscopy, pas）技术，该技术由传统的非色散红外技术演变而来。气体分子被一束覆盖其吸收波长的探测光照射时，分子吸收光子转变为激发态，随后在极短的时间内以非辐射弛豫的形式释放能量并因此加热局部介质。若探测光的强度被调制，则局部介质的周期性温度变化会产生压力声波信号，这会被声学检测装置捕捉并转换成电信号并由此反演出气体浓度信息。
2、现有的pas气体检测装置可以分为谐振式和非谐振式。前者所需的气室通常由缓冲腔和谐振腔组成，光源一般为半导体分布式反馈激光器或量子级联激光器，声学检测装置一般为石英音叉或光纤声传感器，系统结构精密复杂且成本较高，传统的谐振式pas气体检测装置由于其高昂的成本难以在家居、车规和工业生产中实现大规模部署。非谐振式pas技术一般采用较小型的光声气室（通常为矩形气室），内部集成了mems红外光源和麦克风。然而，mems光源较为发散的波束会导致矩形气室内有效吸收路径上产生的光声信号仅有少部分被麦克风检测到。此外，mems光源较低的调制频率会导致产生的光声信号波形附带有阻尼振荡，较低频声波同时也容易受到周围环境噪声的干扰。以上这些因素都降低了最终的检测信噪比，限制了pas技术的应用场景。
3、例如申请号为201210085207.4的专利技术专利公开了一种光声传感器包括用于光声检测的传感器系统、至少一个噪声消除压力传感器、和与该噪声消除压力传感器有效连接以主动
技术实现思路
1、针对现有气体检测装置灵敏度较低的技术问题，本技术提出一种椭球结构光声光谱气体检测装置，有效地提高待测气体浓度的检测灵敏度和精度，且结构紧凑，成本较低。
2、为了达到上述目的，本技术的技术方案是这样实现的：一种椭球结构光声光谱气体检测装置，包括腔体、电路基板和检测模块，腔体设置在电路基板上方，检测模块包括红外光源、声学检测装置、电源控制芯片和信号处理芯片，红外光源、声学检测装置、电源控制芯片和信号处理芯片均设置电路基板上，红外光源和麦克风设置在腔体内，红外光源和电源控制芯片相连接，声学检测装置和电源控制芯片均与信号处理芯片相连接。
3、所述腔体包括从上到下依次设置的光声气室和空腔，光声气室和空腔设置在电路基板上方，红外光源、声学检测装置和传感器补偿模块均设置在空腔内，电源控制芯片和信号处理芯片设置在空腔外。
4、所述光声气室为半椭球形光声气室，空腔为椭圆柱形空腔，半椭球形光声气室的底部与椭圆柱形空腔的顶部固定连接，红外光源和声学检测装置的中心均设置在椭圆柱形空腔的长轴上。
5、所述半椭球形光声气室顶部设置有开口，开口上设置有防尘膜。
6、所述红外光源为smd封装或to封装的led光源，led光源顶部设置有辐射窗口，辐射窗口椭圆的焦点ⅰ上。
7、所述led光源为smd封装或to封装的led光源。
8、所述声学检测装置为mems麦克风，顶部设置有声腔，声腔设置在椭圆柱形空腔的焦点ⅱ的一侧，
9、所述检测模块还包括传感器补偿模块，传感器补偿模块设置电路基板上的椭圆柱形空腔内部，传感器补偿模块与信号处理芯片相连接。
10、所述传感器补偿模块包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器，温度传感器、湿度传感器和压力传感器均与信号处理芯片相连接。
11、所述mems麦克风为smd封装的顶部开口式mems麦克风。
12、本技术的有益效果为：
13、1. 本专利提出使用半椭球形光声气室的方案，尤其是将红外光源和声学检测装置置于椭球的长轴轴线上的两个焦点处，其中声学检测装置的声腔与焦点略微错开，从光源发出的任意角度探测光束都可以汇聚在麦克风处。此种结构能够提高探测光束的利用率并产生更高强度的光声信号，最终预计可以有效地提高待测气体浓度的检测灵敏度和精度。
14、2. 本专利提出使用led光源发出高频方波调制的探测光束用以激发“光声效应”，高频（大于10 khz）光声信号避免了低频导致的阻尼振荡，且可以有效避免传感器周围环境中的较低频噪声干扰，最终预计可以有效提高待测气体浓度的检测灵敏度和精度。
15、3. 本专利是基于微型化半椭球形光声气室的，其典型尺寸为mm量级，因此该方案能够被应用于高度集成化的个人端产品中（例如车规、手持移动终端等），紧凑稳定的结构也使得其能够应对工业生产恶劣环境下的部署。
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1.一种椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，包括腔体、电路基板（3）和检测模块，腔体设置在电路基板（3）上方，检测模块包括红外光源（6）、声学检测装置（10）、电源控制芯片（14）和信号处理芯片（15），红外光源（6）、声学检测装置（10）、电源控制芯片（14）和信号处理芯片（15）均设置电路基板（3）上，红外光源（6）和声学检测装置（10）设置在腔体内，红外光源（6）和电源控制芯片（14）相连接，声学检测装置（10）和电源控制芯片（14）均与信号处理芯片（15）相连接。
2.根据权利要求1所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述腔体包括从上到下依次设置的光声气室和空腔，光声气室和空腔设置在电路基板（3）上方，红外光源（6）、声学检测装置（10）和传感器补偿模块（16）均设置在空腔内，电源控制芯片（14）和信号处理芯片（15）设置在空腔外。
3.根据权利要求2所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述光声气室为半椭球形光声气室（1），空腔为椭圆柱形空腔（2），半椭球形光声气室（1）的底部与椭圆柱形空腔（2）的顶部固定连接，红外光
4.根据权利要求3所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述半椭球形光声气室（1）顶部设置有开口（4），开口（4）上设置有防尘膜。
5.根据权利要求2-4中任意一项所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述红外光源（6）为SMD封装或TO封装的LED光源，LED光源顶部设置有辐射窗口（7），辐射窗口（7）椭圆的焦点Ⅰ（12）上。
6.根据权利要求5所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述LED光源为SMD封装或TO封装的LED光源。
7.根据权利要求6所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述声学检测装置（10）为MEMS麦克风，顶部设置有声腔（11），声腔（11）设置在椭圆柱形空腔（2）的焦点Ⅱ（13）的一侧。
8.根据权利要求7所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述检测模块还包括传感器补偿模块（16），传感器补偿模块（16）设置电路基板（3）上的椭圆柱形空腔（2）内部，传感器补偿模块（16）与信号处理芯片（15）相连接。
9.根据权利要求8所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述传感器补偿模块（16）包括温度传感器、湿度传感器和压力传感器，温度传感器、湿度传感器和压力传感器均与信号处理芯片（15）相连接。
10.根据权利要求8或9所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述MEMS麦克风为SMD封装的顶部开口式MEMS麦克风。
...【技术特征摘要】
1.一种椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，包括腔体、电路基板（3）和检测模块，腔体设置在电路基板（3）上方，检测模块包括红外光源（6）、声学检测装置（10）、电源控制芯片（14）和信号处理芯片（15），红外光源（6）、声学检测装置（10）、电源控制芯片（14）和信号处理芯片（15）均设置电路基板（3）上，红外光源（6）和声学检测装置（10）设置在腔体内，红外光源（6）和电源控制芯片（14）相连接，声学检测装置（10）和电源控制芯片（14）均与信号处理芯片（15）相连接。
2.根据权利要求1所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述腔体包括从上到下依次设置的光声气室和空腔，光声气室和空腔设置在电路基板（3）上方，红外光源（6）、声学检测装置（10）和传感器补偿模块（16）均设置在空腔内，电源控制芯片（14）和信号处理芯片（15）设置在空腔外。
3.根据权利要求2所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述光声气室为半椭球形光声气室（1），空腔为椭圆柱形空腔（2），半椭球形光声气室（1）的底部与椭圆柱形空腔（2）的顶部固定连接，红外光源（6）和声学检测装置（10）的中心均设置在椭圆柱形空腔（2）的长轴上。
4.根据权利要求3所述的椭球结构光声光谱气体检测装置，其特征在于，所述半椭球形光声气室（1）顶部设置有开口（...
【专利技术属性】
技术研发人员：古瑞琴，邾毅，曾朝斌，李威，
申请(专利权)人：郑州炜盛电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：
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