[发明专利]基于石英增强光声光谱的全光学气体探测方法及装置

权利要求书

1.一种基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测方法，包括基于音叉式石英晶振的气体共振发生方法；其特征在于，还包括全光学探测方法；所述全光学探测方法采用以下步骤：引入一束探测光入射至音叉式石英晶振的任意一个振臂的外侧面，音叉式石英晶振的振臂在待测气体吸收激发光能量后产生的声波的作用下发生共振，引起入射至振臂上的入射光的入射方向及其反射光的反射方向发生变化；采集固定在空间位置上的一个接收面接收到的反射光因反射方向变化引起的强度变化信息，根据该强度变化信息得到待测气体的浓度；所述入射光与反射光所在平面呈竖直平面且该平面垂直于音叉式石英晶振的振臂外侧面；所述接收面接收到的反射光的强度变化量I_大－I_小=ΔI，式中I_大、I_小分别是接收面接收到的反射光的强度最大值和最小值；所述反射光的强度变化量ΔI与音叉式石英晶振的振幅成线性关系，而音叉式石英晶振的振幅与待测气体的浓度y成线性关系，可知反射光的强度变化量ΔI与待测气体浓度y成线性关系；设反射光的强度变化量ΔI与某一种待测气体浓度y的关系式为y=kΔI+b，式中k，b为待定常数；至少取两份浓度已知的该种待测气体样品，分别测出至少两份待测气体样品吸收激光能量后产生声波引起的探测光反射后的光强变化量，根据至少两组[y, ΔI]值拟合出k和b，即得到反射光强度的变化量ΔI与待测气体浓度y的定量关系，据此就可以用于测定该种气体的浓度；选择不同气体的样品，拟合出每种气体对应的k，b值，就可用于测定这些气体的浓度；所述用于探测的入射光与音叉式石英晶振的振臂外侧面的法线所成角度为10~80°。

2.一种基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置，用于实现如权利要求1所述的方法，包括激发光发射装置、函数发生器（8）和计算机系统（10）；激发光发射装置的出射光路上依次设有光束聚焦器（2）和气体池，气体池内设有音叉式石英晶振（3）；函数发生器（8）的一个信号输出端与激发光发射装置的电流调制端相连接；计算机系统（10）的信号输出端与激发光发射装置的控制端相连接；其特征在于还包括全光学探测装置；所述全光学探测装置包括探测光发射装置、汇聚透镜（6）、光电转换装置（7）以及锁相放大器（9）；所述光电转换装置（7）的信号输出端与锁相放大器（9）的一个信号输入端相连接；锁相放大器（9）的另一个信号输入端与函数发生器（8）的另一个信号输出端相连接；锁相放大器（9）的信号输出端与计算机系统（10）的信号输入端相连接；所述探测光发射装置的位置应保证其出射光与音叉式石英晶振（3）的振臂外侧面的法线所成角度为10~80°；探测光发射装置的出射光打在振臂外侧面后产生的反射光与出射光所在平面呈竖直平面且该平面垂直于音叉式石英晶振的振臂外侧面；所述汇聚透镜（6）和光电转换装置（7）顺次设在反射光路上。

3.如权利要求2所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置，其特征在于，所述音叉式石英晶振（3）的振臂外侧面贴有反射膜。

4.如权利要求2或3所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置，其特征在于，所述激发光发射装置包括激发光源（1）以及驱动激发光源（1）的激发光源驱动器（11）；所述探测光发射装置包括探测光源（5）以及与之配套的探测光源驱动器（4）；所述函数发生器（8）的信号输出端与激发光源驱动器（11）的电流调制端相连接；计算机系统（10）的信号输出端与激发光源驱动器（11）的控制端相连接。

5.如权利要求3所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置，其特征在于，所述反射膜采用薄锡纸或塑料纸。

6.如权利要求2或3所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置，其特征在于，所述光电转换装置（7）采用光电探测器或位置探测器或多相限探测器。

7.如权利要求4所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置，其特征在于，所述光电转换装置（7）采用光电探测器或位置探测器或多相限探测器。

8.如权利要求4所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置，其特征在于，所述探测光源（5）采用激光器或激光笔。

9.如权利要求4所述的基于石英增强光声光谱的全光式微量气体探测装置，其特征在于，探测光源（5）出射光路上设有准直器。