[发明专利]一种谐振频率可调的光声池及调节方法

说明书

本发明公开了一种谐振频率可调的光声池及调节方法，属于气体检测技术领域。本发明提供的光声池置于恒温箱内部，包括第一缓冲室、第二缓冲室、谐振腔、第一光窗、第二光窗、第一活动结构、第二活动结构；所述第一光窗和所述第二光窗分别位于所述第一缓冲室和第二缓冲室的外侧。本发明利用压电陶瓷将原本固定的缓冲室、谐振腔改进成可调节结构参数的活动结构，提高了谐振频率的调节能力以及整个光声池处于谐振式工作状态的可靠性和灵活性，而且，将光声池置于恒温箱内，既可消除外界温度及压强变化带来的干扰，避免了外界干扰带来谐振式工作过程中谐振频率的不稳定，又能通过改变温度来调节光声池的谐振频率，提高检测系统的工作稳定性和信噪比。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，更具体地，涉及一种解决谐振式光声池共振频率漂移的装置和方法。

背景技术

光声光谱是基于光声效应的一种光谱技术。在光声效应中，气体分子吸收特定波长的红外光而被激发到高能态，处于高能态的分子通过无辐射跃迁的形式将吸收的光能转变为热能后回到低能态，再对入射光进行频率调制，热能会呈现出与调制频率相同的周期性变化从而产生声波,通过微音器对声音信号进行检测并计算得到气体的最终浓度。

影响光声光谱气体探测系统灵敏度的核心部件主要包括光源、光声池以及微音器三部分，激光光源的线宽、微音器的等效噪声功率等都会影响到整个光声系统的测量灵敏度。其中光声池作为光声信号的产生源，是光声光谱测量系统的核心部分，它的设计是否合理直接影响到探测声压信号的灵敏度大小。谐振式光声池具有响应速度快、有较强的共振放大效果、气体检测灵敏度高等诸多优点，但是其结构相对比较复杂，且由于温度、压强等方面的原因容易出现谐振频率的漂移。只有当激光光源的调制频率与光声池的谐振频率对准时，才可获得较大的光声信号，一旦谐振频率发生偏移，微音器获得的信噪比就会急剧衰减，尤其对于品质因数较大的光声池而言，光声信号的振幅受谐振频率漂移的影响很大。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种解决谐振式光声池共振频率漂移的装置和方法，可将工作频率调整至标准谐振频率，旨在解决由于光声池谐振频率漂移导致气体浓度检测能力下降的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种谐振频率可调的光声池，其置于恒温箱内部，包括第一缓冲室、第二缓冲室、谐振腔、第一光窗、第二光窗、第一活动结构、第二活动结构；

所述第一光窗和所述第二光窗分别位于所述第一缓冲室和第二缓冲室的外侧；

所述第一光窗的外侧黏附有第一压电陶瓷，可在所述第一压电陶瓷的作用下发生位移；所述第二光窗的外侧黏附有第二压电陶瓷，可在所述第二压电陶瓷的作用下发生位移；

所述第一活动结构和第二活动结构设置在所述谐振腔的两侧，其材料均与谐振腔相同；

所述第一活动结构和所述谐振腔之间设置有第三压电陶瓷，所述第三压电陶瓷靠近谐振腔的一侧固定，另一侧黏附于所述第一活动结构上，可带动第一活动结构移动；所述第二活动结构和所述谐振腔之间设置有第四压电陶瓷，所述第四压电陶瓷靠近谐振腔的一侧固定，另一侧黏附于所述第二活动结构上，可带动第二活动结构移动。

进一步地，所述恒温箱内部还设置有温度传感器，用于探测所述光声池的温度。

进一步地，所述谐振腔为一阶圆柱形共振式。

进一步地，还包括设置在所述谐振腔内的微音器，用于探测谐振腔产生的声音信号。

进一步地，所述第一缓冲室与第二缓冲室的长度相等，与所述谐振腔的长度之比均为1：2。

本发明还提供了一种基于上述光声池的谐振频率调节方法，包括

测量光声池的实时谐振频率，将其与标准谐振频率进行比较：若相等，则直接开始后续检测工作；若存在差值，则改变温度或腔长；