[发明专利]基于平行入射的石英光声光谱传感系统

权利要求书

1.一种基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述传感系统包括沿光束传播方向依次设置的半导体激光器、光学准直器、石英音叉、数据采集系统、计算机，其中：

所述半导体激光器输出激光由光学准直器准直变成平行光以后传输至石英音叉中；

所述石英音叉置于待测气体环境内，激光平行于石英音叉叉股入射，并穿过两音叉叉股中间，激发气体分子产生声波信号，基于光声效应，石英音叉将声波信号转换为电信号；

所述石英音叉将产生的电信号传输至数据采集系统；

所述数据采集系统与计算机相连接，由计算机进行信号处理，反演气体浓度。

2.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述半导体激光器的输出功率应该＜50 mW。

3.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述光学准直器的焦距为15~70 mm。

4.根据权利要求1或3所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述光学准直器由两个非球面镜构成，它们的焦距所处范围分别是15∼35 mm、30∼70 mm。

5.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述石英音叉两个叉股之间的间隙应为0.3~2 mm。

6.根据权利要求1或5所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述石英音叉的共振频率应为1~100 kHz。

7.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述激光与石英音叉平面之间的不行平度≤0.1°。

8.根据权利要求1所述的基于平行入射的石英光声光谱传感系统，其特征在于所述半导体激光器输出激光与光学准直器同光轴，半导体激光器输出端面与光学准直器之间的距离为5∼10 mm，光学准直器输出端面与石英音叉顶部距离为10∼20 mm。

9.一种利用权利要求1-8任一权利要求所述传感系统反演探测气体浓度的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

步骤一：半导体激光器通过温度和电流的设定，调节激光器输出波长，使它覆盖目标气体吸收线，同时保证输出功率在预期范围内；

步骤二：半导体激光器输出的激光经过光学准直器后，整形为近似平行的平行光；

步骤三：整形后的激光束从石英音叉叉股中间入射，激发气体分子产生声波信号；

步骤四：基于光声效应，石英音叉将声波信号转换为电信号，并经数据采集系统将电信号采集存储；

步骤五：计算机将数据采集系统获得的数据读出，进行相关计算，反演出探测气体的浓度。