[发明专利]基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置

权利要求书

1.一种基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，该空气湿度动态检测装置包括DFB激光器(1)、调制电流源(2)、温度控制器(3)、控制箱(4)、功率分配器(5)、任意波形发生器(6)、锁相放大器(7)、基座(8)、套管(9)、尾纤连接器(10)、自聚焦透镜(11)、石英音叉(12)和电脑(13)，其中：调制电流源(2)和温度控制器(3)分别控制DFB激光器(1)的注入电流和工作温度，使DFB激光器(1)的输出波长锁定在1370nm附近一个较强的水汽吸收峰上；任意波形发生器(6)提供调制信号，周期性的调制DFB激光器(1)的输出光频率；DFB激光器(1)输出光通过自聚焦透镜(11)后，聚焦光束的焦点位于石英音叉(12)两臂之间的间隙中，通过石英音叉(12)检测光与吸收气体相互作用下产生的光声光谱信号，经锁相放大器(7)放大后输出给电脑(13)，由电脑(13)实时计算并显示测量到的空气湿度。

2.根据权利要求1所述的基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，该DFB激光器(1)在调制电流源(2)和温度控制器(3)的控制下，通过改变工作温度和注入电流，使其输出光波长锁定在1370nm附近一个较强的水汽吸收峰上，其输出光通过尾纤连接器(10)被自聚焦透镜(11)聚焦至石英音叉(12)两臂之间的间隙。

3.根据权利要求1所述的基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，该调制电流源(2)的输出端连接于DFB激光器(1)的输入端，用于控制该DFB激光器(1)的注入电流；该温度控制器(3)的输出端连接于DFB激光器(1)的输入端，用于控制该DFB激光器(1)的工作温度。

4.根据权利要求3所述的基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，该控制箱(4)的两个输出端分别控制调制电流源(2)和温度控制器(3)，其输入端连接于功率分配器(5)的一个输出端，用于控制调制电流源(2)和温度控制器(3)，为DFB激光器(1)提供调制信号。

5.根据权利要求1所述的基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，该功率分配器(5)包括两个输出端和一个输入端，其输入端连接于任意波形发生器(6)，将任意波形发生器(6)的输出信号分成频率相等的两路输出信号，分别输出给控制箱(4)的输入端和锁相放大器(7)的参考信号输入端。

6.根据权利要求1所述的基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，该任意波形发生器(6)，其输出端连接于功率分配器(5)的输入端，用于向功率分配器(5)输出信号频率为f的波，且f为石英音叉共振频率f₀的二分之一，即

7.根据权利要求1所述的基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，该锁相放大器(7)包括参考信号输入端、被测信号输入端和输出端，其参考信号输入端与功率分配器(5)的一个输出端连接，其被测信号输入端与石英音叉(12)的输出端连接，其输出端与电脑(13)连接，用于对功率分配器(5)输入的参考信号及石英音叉(12)输入的被测信号进行二次谐波测量，得到幅值并输出给电脑(13)。

8.根据权利要求1所述的基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，该电脑(13)与锁相放大器(7)的输出端连接，通过安装的LabVIEW程序计算并显示空气湿度。

9.根据权利要求1所述的基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，该基座(8)用来固定套管(9)、尾纤连接器(10)、自聚焦透镜(11)和石英音叉(12)，该套管(9)对尾纤连接器(10)和自聚焦透镜(11)起保护和固定作用。

10.根据权利要求9所述的基于石英音叉增强气体光声光谱的空气湿度动态检测装置，其特征在于，

该尾纤连接器(10)，其端面与自聚焦透镜一端面连接，用紫外固化胶固定，尾纤与DFB激光器(1)的输出连接；

该自聚焦透镜(11)，将DFB激光器(1)发出的光聚焦，焦点位于石英音叉(12)两臂之间的间隙；

该石英音叉(12)，其共振频率为f₀＝32.768kHz，包括两臂和输出端，其输出端与锁相放大器(7)的被测信号输入端连接。