[发明专利]能扣减环境噪声的光声气体检测装置及方法

说明书

技术领域

发明涉及光声气体检测领域，特别是涉及一种在光声气体检测中能降低环境噪声影响的光声气体检测装置及方法。

背景技术

光声气体检测是一种基于光声光谱效应检测气体浓度的方法。光声效应是物质吸收调制光能后产生声信号的效应，是一种由光能转变成热能、热能转化成声信号的效应。光声气体检测装置主要由光源(如激光器)、光声池、声传感器(如微音器)和信号检测处理模块四部分构成。光源发射强度受到调制的光，射入光声池，光声池内的气体因间歇吸收光能而形成声波，声传感器检测声信号并传给信号检测处理模块，根据预先建立的声强与标准气体浓度之间的关系，可以检测未知气体的浓度。

光声气体检测中采用微音器测量声音信号，此声音信号包括光声信号和外界(环境)噪声信号，噪声信号将限制气体浓度的检测精度和最低检测水平。为提高系统检测灵敏度，必须设法降低噪声电压水平。外界环境中的随机信号具有较大的不确定性，并且当噪声信号较大时将会使微音器检测到的信号发生较大的偏移。现在普遍采用锁相放大器消除光声信号中的噪声，但是锁相放大器不能滤除与光声信号同频同相的噪声。与光声信号同频的持续噪声信号和冲击噪声信号，会导致气体浓度出现持续的偏差或者突变，给气体检测带来不利的影响。

瑞士西门子公司在其中国发明专利01803079.3提出“光声测量装置及其应用”，其方法适用于报警阈值判断，要求具备参考池，而且不适用于宽动态范围(从极低浓度，如ppt或者ppm至100％)的精确测量。

荷兰飞利浦皇家电子股份有限公司申请的中国发明专利200580045418.3提出“光声检测器中背景声信号的抑制”，主要使用了腔壁上的透明导电涂层和第二束光，使其在腔壁及窗口的背景噪声的相位，与第一束光的背景噪声位相相反，从而达到消除光声腔内部背景噪声的目的；但其不能消除环境噪声。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种能在光声气体检测中有效降低环境噪声干扰的光声气体检测装置，以及一种能在光声气体检测中有效降低环境噪声干扰的方法，增强光声气体检测的环境适应能力，提高光声气体检测的精度和可靠性，有利于气体检测仪的小型化。

本发明的技术方案如下：一种能扣减环境噪声的光声气体检测装置，包括光声池，在光声池的共振段内安装内微音器，在共振段外安装光源，使光源的光线可以穿过共振段；在光声池的一端设置进气端口，另一端设置出气端口，在所述光声池外安装有外微音器，内微音器和外微音器均通过信号传输线路与后端信号处理电路连接，后端信号处理电路通过信号传输线路与处理器连接。

在所述共振段的两端分别设置进气缓冲室和出气缓冲室，所述进气端口和出气端口分别设置在进气缓冲室和出气缓冲室的侧面。

所述进气缓冲室和出气缓冲室内部均为方形。

一种利用所述的能扣减环境噪声的光声气体检测装置检测光声气体的方法，包括如下步骤：

第一步，在光声池外设置一噪声源，产生一系列强度的噪声信号，内微音器和外微音器采集信号，并将采集到的信号送入后端信号处理电路，得出同频同相的噪声信号幅值；通过测量一组内微音器的噪声信号N₁和外微音器的噪声信号N₂，求出噪声从光声池外传入内部的衰减系数f(N₂)；

第二步，驱动光声池中的光源发光，光的波长为被测气体吸收波长并且频率为共振段的共振频率，内微音器和外微音器采集信号；

第三步，将内微音器和外微音器采集的信号送入后端信号处理电路，得出与共振段共振频率一致的信号，在处理器中按照公式N₁＝N₂f(N₂)计算得到有用的光声信号。

所述噪声源设置在光声池外部。

与现有技术相比，本发明的优点是：通过在光声池外设置外微音器，用外微音器检测到的信号，校正光声池中内微音器检测到的信号中的环境噪声，增强光声气体检测的环境适应能力，提高光声气体检测的精度和可靠性；使用外微音器标定内微音器中测到的噪声信号，能消除内微音器中与光声信号同频同相的噪声信号，能有效降低外界噪声对光声气体检测仪精度的影响，增加光声气体检测仪的环境适应能力，又有利于气体检测仪的小型化。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。